淺談城市軌道交通第三軌供電

黨 波

（寶雞鐵路技師學院，陜西 寶雞 721000）

城市軌道交通因隧道空間的局限以及土建成本壓力等問題，使得其供電系統不能像高速列車一樣直接通過上方的架空式接觸網供電，而是需要一些其它的供電方式獲取電能。

1 城市軌道交通獲取電能的方式

城市軌道交通獲取電能方式主要有兩種：接觸網供電和第三軌供電。

1）接觸網供電和高鐵類似，車輛運行過程中通過受電弓與接觸網連接獲取電能，但是為了適應地下隧道里空間狹小的情況，接觸網大都是采用架空剛性接觸網直接安裝在隧道頂部。不過也有一部分也在使用架空柔性接觸網供電，主要以地上線路為主。

2）第三軌供電，第三軌是獨立于行走軌之外，位于線路側面的第三條軌道。電動列車的集電裝置在帶電路軌上接觸并滑行，電動列車側面或底部伸出的集電裝置與第三軌接觸取得電能，把電力傳到列車上。

2 第三軌供電基本知識

第三軌也叫接觸軌，是在列車行走的兩條路軌以外，再加上帶電的鋼軌，結構主要包括接觸軌導體，絕緣防護架，絕緣防護罩等。電動列車側面或底部伸出的集電裝置（集電靴）與第三軌接觸取得電能，把電力傳到列車上，集電靴在帶電路軌上接觸并滑行。列車運行過程中通過集電靴接觸第三軌的上下表面或者側面獲取電能。接觸軌式接觸網用電電壓一般為600-825V[1]。

3 接觸軌的布置方式

3.1 上磨式

上磨式為接觸軌正放，軌面朝上固定安裝在專用絕緣子上，并且由固定在枕木上的弓形肩架予以支持。取流時，接觸靴自上壓向接觸軌。上磨式的接觸力不由集電靴的重量和磨耗情況決定，而只受彈簧支座特性的控制，上磨式接觸軌固定方便，但不易加防護罩。控制受流平穩，并能減少在間隙和道岔等處的電流沖擊。結構簡單，設備費和維護更新費用低。但因結構的局限性，帶電接觸軌的安全防護性能差。

3.2 側面接觸式

側磨式為接觸軌側放，接觸軌軌頭端面朝向走行軌，集電靴從側面受流。接觸軌為高導電率鋼制成的特殊斷面的鋼軌。接觸軌通過的地方要設置工作人員使用的人行道，在其余地點必須考慮設置保護木板或其他合適材料的保護板，以防觸電。側磨式受流器結構簡單，維修方便，但人身和防火方面安全性較差。

3.3 下磨式

下磨式的接觸軌底朝上，緊固在絕緣子上，并且由固定在軌枕上的絕緣體接觸軌偏架引入電動列車弓形肩架予以支持。車輛集電靴通過與接觸軌的下底面接觸獲取電能。下磨式的優點是可以加防護罩，對工作人員較為安全。而且下部接觸方式遮擋雨雪，避免塵屑的條件優于上部取流方式，能較好的確保牽引網系統的安全可靠性。但安裝結構較為復雜，設備、維護和更新費用較高[2]。

4 第三軌的優缺點

4.1 第三軌優點

構造簡單，安裝方便，可維修性好，穩定性好，對地絕緣性能好、電導率高，對隧道的限界要求小、裝置帶電軌的成本往往比高架電纜低，因為高架電纜需要支架而帶電路軌不用。實際上，成本問題是很多軌道供電系統沒有轉用高架電纜的主因。穩定耐磨不用經常換，帶電軌比高架電纜更適合安裝于半徑較小的隧道。有些乘客認為高架電纜有礙觀瞻，相比之下帶電軌的視覺效果較佳。

4.2 第三軌缺點

由于是在低位供電，對做檢修人員的威脅較大，所以每次有人進入線路都需要停電接地，這是很大的工作量，特別是涉及安全不容有失的情況下，暴露戶外的帶電軌道構成危險。帶電軌道的電壓不能太高，否則電流會在路軌間形成電弧。由于電壓不高，故在興建鐵路時每隔一小段便要設立一個電站，以確保電力供應穩定，但這樣也加重了成本，因此只適合用在短距離的地下鐵或都市內的軌道運輸。

另外，由于集電靴在高速之下難以準確地抓緊帶電軌，故采用軌道供電系統的鐵路限速不能太高。一般而言，采用軌道供電系統的列車的時速上限是約90公里(50英里)，斷口太多導致正極電纜太多且都在地上帶來很大風險，在轉轍器、平交道等處，帶電軌都必須留下空隙以容許其它路軌穿越其間。一般來說，使用軌道供電的列車都是動車組，列車幾乎一定擁有多于一個集電靴，但在某些情況下，列車仍有可能因為全部的集電靴都在空隙之中，無法取得電力而不能行動，這時列車需要由其他機車推動、或接駁緊急用電纜到最近的帶電路軌上，以取得動力。由于這些事故多于繁忙的交匯處發生，故通常都會導致嚴重的擠塞及延誤。

5 第三軌發展的現狀

我國的第三軌的使用是在20世紀60年代初，起源于北京，第三軌早期使用的為低碳鋼軌。德國在1978年就建成了世界上第一段鋼鋁復合軌，近些年我國也逐步使用鋼鋁復合軌，武漢輕軌首次采用，在北京、天津、廣州等地鐵也開始全面應用，目前廣州地鐵已經使用國產化成功的鋼鋁復合軌。鋼鋁復合軌改善了第三軌受流的技術性能，質量輕，便于施工安裝，并且不銹鋼接觸面光滑，耐腐蝕、耐磨耗，可延長接觸軌與受流器的壽命。新建設的城市軌道交通項目采用鋼鋁復合軌已成為趨勢。

6 安全注意事項

由于三軌系統沿線路安裝，結構高度比較低，雖然三軌系統本身設有防護罩，但三軌系統檢修時電氣安全防護必須謹慎對待。三軌在渡線、線岔以及其它斷軌處的電氣連接相對比較復雜，因此必須清楚每一個供電分區，在停電檢修時必須在所有可能來電的方向上進行驗電接地。檢修完畢，要確認所有接地線全部拆除人員全部撤離后方可送電，否則不僅會危害到人身安全，而且由于三軌系統阻抗比較小，短路電流很大而容易損壞供電設備[3]。

7 結束語

通過討論城市軌道交通第三軌供電基本知識和列舉實例分析優缺點，使得學生能對第三軌供電方式能有一個更全面地了解，特別是在第三軌檢修維護時需要注意的關安全事項等知識，引導學生注重養成良好的安全意識和認真嚴謹的職業精神，提高職業院校學生的綜合實力。