地鐵快線接觸網(wǎng)饋電形式分析與探討

黃敏政

（廣州地鐵集團(tuán)有限公司，廣東 廣州 510000）

地鐵是城市軌道交通的重要組成部分，接觸網(wǎng)是地鐵牽引供電系統(tǒng)中的重要組成部分。由于其設(shè)置具有的特殊性，一旦發(fā)生故障將會(huì)直接影響牽引供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)中斷列車行車。因此，分析和研究其接觸網(wǎng)饋電方式，制定切實(shí)可行的防范應(yīng)對(duì)措施尤為重要。

1 接觸網(wǎng)饋電方式

地鐵牽引供電系統(tǒng)是由電網(wǎng)輸入線路、牽引變電站、饋電線、牽引接觸網(wǎng)和回流線等構(gòu)成的供電網(wǎng)絡(luò)。接觸網(wǎng)的饋電形式主要有接觸軌和架空接觸網(wǎng)。其中，架空接觸網(wǎng)又分為柔性架空接觸網(wǎng)和剛性架空接觸網(wǎng)。接觸軌一般僅用于隧道地鐵與封閉的城市鐵路和輕軌。除此之外，架空接觸網(wǎng)還可用于鐵路干線、城市地面和工礦電機(jī)車電力牽引線路等。

1.1 接觸軌

接觸軌又稱第三軌或簡稱三軌，接觸軌系統(tǒng)是沿軌道線路敷設(shè)專為電動(dòng)車輛授電的系統(tǒng)。接觸軌系統(tǒng)接觸授流部分由接觸軌、彎頭、連接板、膨脹接頭、絕緣支架或絕緣子、絕緣防護(hù)罩、中心錨結(jié)等組成。電力機(jī)車從轉(zhuǎn)向架伸出受流器通過滑靴與接觸軌接觸而取得電能。接觸軌按接觸授流位置的不同分為上部授流方式、下部授流方式和側(cè)部授流方式。接觸軌一般采用鋼鋁復(fù)合材料等低電阻率產(chǎn)品，國內(nèi)設(shè)計(jì)的接觸軌線路供電制式一般為DC750V或DC1500V，新設(shè)計(jì)采用接觸軌的線路大多采用的是DC1500V下部授流方式。

1.2 柔性架空接觸網(wǎng)

柔性架空接觸網(wǎng)由帶張力的柔性金屬導(dǎo)線組成，在運(yùn)行過程中受電弓與接觸線保持可靠的弓網(wǎng)壓力，并進(jìn)行取流。按承力索的設(shè)置情況，柔性架空接觸網(wǎng)又分為簡單懸掛和鏈形懸掛2種類型。簡單懸掛方式結(jié)構(gòu)簡單、支柱高度低、支持裝置承受的負(fù)荷較輕，但是弛度大、彈性不均勻，接觸網(wǎng)取流效果差。為了改善這一狀況，一般在懸掛點(diǎn)處增加一個(gè)倒“V”形的彈性吊索即彈性簡單懸掛，可以改善懸掛點(diǎn)處的彈性和運(yùn)行狀況。

鏈形懸掛是接觸線通過吊弦懸掛到承力索上。鏈形懸掛通過吊弦使接觸線增加了懸掛點(diǎn)，調(diào)節(jié)吊弦可使接觸線對(duì)軌面高度保持一致，使接觸網(wǎng)彈性均勻。

1.3 剛性架空接觸網(wǎng)

剛性架空接觸網(wǎng)是將接觸導(dǎo)線夾裝在匯流排上的一種懸掛方式，依靠匯流排自身的剛性使接觸線保持在同一安裝高度，從而取消鏈形懸掛承力索，使接觸懸掛系統(tǒng)具備最小的結(jié)構(gòu)高度，最大限度地利用有限的懸掛空間。匯流排是地下線路剛性架空接觸網(wǎng)的關(guān)鍵部件，既是接觸線的懸掛支持體，也是接觸網(wǎng)的主要載流導(dǎo)體，一般采用鋁材質(zhì)。匯流排有“T”形和“П”形 2 種。

“T”形匯流排采用長夾板和螺栓固定接觸線，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不易安裝和維修，當(dāng)需要更換接觸線時(shí)，必須松開所有與其相關(guān)的螺栓，既費(fèi)工又費(fèi)時(shí)；“П”形匯流排利用其自身的彈性固定接觸線，匯流排底部裝配了經(jīng)特殊設(shè)計(jì)的工作導(dǎo)槽，便于專用的、彈性鉗口可張開的放線小車沿匯流排運(yùn)行，大大提高了放、換接觸線速度，因此，國內(nèi)剛性架空接觸網(wǎng)通常都采用“П”形匯流排。

2 接觸網(wǎng)饋電方案分析

為了保證電動(dòng)車組良好的供電質(zhì)量，接觸網(wǎng)應(yīng)順直平滑，在高速行車中能始終保持正常穩(wěn)定的接觸授流，接觸網(wǎng)應(yīng)具有足夠的耐磨性與良好的導(dǎo)電性，使用壽命盡量長，并力求結(jié)構(gòu)簡單，易于施工、維護(hù)及維修。對(duì)于普通速度（時(shí)速低于100 km）的城市軌道交通線路，電力機(jī)車取流時(shí)對(duì)弓網(wǎng)（或靴軌）的動(dòng)態(tài)匹配關(guān)系要求不高，接觸軌和架空接觸網(wǎng)均可滿足系統(tǒng)的性能要求。

由于采用鏈形懸掛的柔性架空接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)高度較高，且載流能力小，同時(shí)需要配套1～4根輔助饋線和較大的隧道斷面尺寸才能滿足安裝條件。因此，城市軌道交通地下線路大部分采用接觸軌或剛性架空接觸網(wǎng)，地上線路則大多采用柔性架空接觸網(wǎng)。

國內(nèi)已經(jīng)開通運(yùn)營的東莞市城市快速軌道交通2號(hào)線、廣州地鐵3號(hào)線、上海地鐵16號(hào)線、深圳地鐵11號(hào)線等項(xiàng)目均按120 km/h設(shè)計(jì)，其中，上海地鐵16號(hào)線采用接觸軌系統(tǒng)，其余線路地下區(qū)段均采用剛性架空接觸網(wǎng)系統(tǒng)。這些線路在運(yùn)營初期由于調(diào)整精度不足等原因?qū)е吕》烹姟⑻l等事故發(fā)生，尤其是在膨脹接頭位置，經(jīng)過多次精細(xì)調(diào)整后已可滿足系統(tǒng)要求。

地鐵快線運(yùn)行速度超過100 km/h以后，高速運(yùn)行的受電弓與架空接觸網(wǎng)之間的動(dòng)態(tài)配合關(guān)系是最關(guān)鍵的控制因素。運(yùn)營實(shí)踐表明，當(dāng)運(yùn)營速度未超過120 km/h時(shí)，只需滿足相應(yīng)的精度要求保證導(dǎo)線的平直度，確保弓網(wǎng)的動(dòng)態(tài)可靠接觸，接觸軌和架空接觸網(wǎng)系統(tǒng)即可滿足運(yùn)行速度要求。由于接觸軌和剛性架空接觸網(wǎng)低彈性的特性，對(duì)其安裝和調(diào)整的精度要求極高，尤其在接觸軌的膨脹接頭及斷軌處，剛性架空接觸網(wǎng)膨脹接頭、中錨及剛?cè)徇^渡等位置的安裝和調(diào)整精度均有極高的要求。

為了增強(qiáng)高速運(yùn)行時(shí)受電弓與剛性架空接觸網(wǎng)之間的動(dòng)態(tài)跟隨性，減少接觸線和碳滑板的磨耗，在運(yùn)營速度超過100 km/h地鐵快線的懸掛點(diǎn)處都采用了彈性支撐裝置。當(dāng)運(yùn)營速度超過120 km/h以后，接觸軌已經(jīng)不能滿足系統(tǒng)要求，增加彈性后的剛性架空接觸網(wǎng)理論上可以滿足更高的運(yùn)行速度要求。國內(nèi)有些鐵路項(xiàng)目已經(jīng)采用了160 km/h的剛性架空接觸網(wǎng)，瑞士采用剛性架空接觸網(wǎng)的線路運(yùn)營速度已達(dá)到250 km/h。采用鏈形懸掛的柔性架空接觸網(wǎng)，由于其具有較好的彈性，受電弓高速運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)跟隨性好，弓網(wǎng)關(guān)系匹配良好，理論上可以滿足更高的運(yùn)營速度。目前，國內(nèi)已經(jīng)開通了多條最高運(yùn)營速度達(dá)350 km/h的線路。

各種饋電方案的主要優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如表1所示。

表1 各種饋電方案優(yōu)劣對(duì)比表

結(jié)合實(shí)際運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)營速度在120 km/h及以下時(shí)，采用接觸軌和架空接觸網(wǎng)均能夠滿足系統(tǒng)需求，地下區(qū)段受隧道斷面影響等原因一般宜采用接觸軌或剛性架空接觸網(wǎng)，但在速度超過100 km/h的線路上，必須嚴(yán)格控制導(dǎo)線高度的變化、嚴(yán)格控制施工精度，剛性架空接觸網(wǎng)還需要增加懸掛點(diǎn)的彈性。當(dāng)速度超過120 km/h時(shí)，只能采用帶彈性支撐裝置的剛性架空接觸網(wǎng)或柔性架空接觸網(wǎng)，采用剛性架空接觸網(wǎng)時(shí)必須要合理選擇膨脹接頭（或關(guān)節(jié)）的類型，并精確控制施工誤差。運(yùn)營速度超過120 km/h的地鐵快線剛性和柔性架空接觸網(wǎng)均能夠滿足系統(tǒng)要求，但在設(shè)計(jì)中還需要根據(jù)具體運(yùn)營速度并結(jié)合隧道斷面、工程造價(jià)、運(yùn)營維護(hù)等因素綜合分析比選確定最終的選型方案。由于地鐵客流量大，發(fā)車密度高，對(duì)系統(tǒng)的載流能力、穩(wěn)定性、可靠性、安全性等方面要求更高，鑒于剛性架空接觸網(wǎng)具備載流量大、結(jié)構(gòu)簡單、事故影響范圍小、維護(hù)工作量小等優(yōu)點(diǎn)，地下區(qū)段在滿足動(dòng)態(tài)弓網(wǎng)匹配關(guān)系的前提下宜優(yōu)先采用剛性架空接觸網(wǎng)饋電方式。

3 結(jié)束語

綜上所述，接觸網(wǎng)是地鐵電氣化工程的主構(gòu)架，是沿地鐵線上空架設(shè)的向電力機(jī)車供電的特殊形式的輸電線路。通過對(duì)接觸網(wǎng)饋電方案進(jìn)行分析，并從剛性架空接觸網(wǎng)的載流能力等優(yōu)點(diǎn)和充分考慮城市地鐵客流量大等特點(diǎn)考慮，優(yōu)先采用剛性架空接觸網(wǎng)饋電方式。在實(shí)際運(yùn)營中，其均能夠滿足系統(tǒng)要求。

參考文獻(xiàn)：

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