下部受流與側(cè)面受流方式的比較分析

1、首都國(guó)際機(jī)場(chǎng)線下部與側(cè)面受流方式的比較分析中鐵電氣化勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院2005年11月1. 簡(jiǎn)介首都國(guó)際機(jī)場(chǎng)線正線雙線長(zhǎng)26.038km，單線長(zhǎng)2.064km。其中地下線7.31km（雙線），U型槽1.25km（雙線），地面線1.03km（雙線），其余均為高架線，高架線雙線部分16.448km，單線部分2.064km。目前首都國(guó)際機(jī)場(chǎng)線擬采用鋼鋁復(fù)合接觸軌系統(tǒng)作為其受電系統(tǒng)，由牽引變電所饋出的DC750V電源供電，通過車輛受流器在接觸軌上的滑動(dòng)將電能持續(xù)不斷地輸送到機(jī)車上，以保證列車安全正常運(yùn)行。由于接觸軌系統(tǒng)是無備用的供電裝置，受氣象條件等影響比較大，因此，保證接觸軌系統(tǒng)的運(yùn)行可靠是地鐵列車安全

2、正常運(yùn)行的必要條件。接觸軌受電方式最早在倫敦地鐵采用，由于接觸軌構(gòu)造簡(jiǎn)單，安裝方便，可維修性好，并對(duì)隧道建筑結(jié)構(gòu)等的凈空要求較低，受流性能滿足DC750V供電的需要，因而在標(biāo)準(zhǔn)電壓DC750V供電系統(tǒng)中得到廣泛的采用。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，接觸軌在材料選用、懸掛結(jié)構(gòu)方式等方面取得長(zhǎng)足的發(fā)展，主要體現(xiàn)在接觸軌選用復(fù)合材料制造加工，其導(dǎo)電性能、耐腐蝕性能大大提高。絕緣支持和防護(hù)技術(shù)則采用了先進(jìn)的整體式結(jié)構(gòu)。相對(duì)于DC1500V架空接觸網(wǎng)，DC750V三軌式牽引供電的優(yōu)點(diǎn)是：l 三軌系統(tǒng)的連接安裝位置可被包含在車輛限界內(nèi)，對(duì)隧道截面、高架橋?qū)挾仁欠裢貙挓o任何影響；l 故障率小，三軌和受流器的檢測(cè)與維修

3、方法簡(jiǎn)單，運(yùn)營(yíng)維修費(fèi)用低；l 三軌所產(chǎn)生的電磁強(qiáng)度最低；l 由于鋁合金重量輕，可人工手動(dòng)處置，安裝調(diào)整簡(jiǎn)單方便；l 耐腐耐磨，使用壽命可達(dá)50年以上。接觸軌系統(tǒng)根據(jù)受流面接觸方式的不同可分為上部受流方式、下部受流方式和側(cè)面受流方式（又稱第四軌受流方式）三種。上部、下部受流方式施工、運(yùn)營(yíng)、維護(hù)方便，在歐洲和亞洲的許多國(guó)家的城市地鐵領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，如倫敦、柏林、慕尼黑、曼谷等等。側(cè)面受流方式應(yīng)用相對(duì)較少，在一些城市，如馬來西亞、日本和倫敦地鐵等得到了應(yīng)用。我國(guó)地鐵的建設(shè)起源于60年代初的北京地鐵，當(dāng)時(shí)北京采用的即為接觸軌上部受流方式。70年代天津在修建地鐵時(shí)，沿用了北京地鐵的這一受流方式。目

4、前在建的廣州地鐵四號(hào)線采用下部受流方式，武漢輕軌也采用了鋼鋁復(fù)合接觸軌下部受流；國(guó)內(nèi)暫時(shí)只有在重慶較新線跨座式輕軌線路中采用了側(cè)面受流方式。2. 下部、側(cè)面受流方式在技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面的比較分析2.1 基本結(jié)構(gòu)及安裝位置接觸軌下部受流系統(tǒng)主要由鋼鋁復(fù)合接觸軌、端部彎頭、膨脹接頭、魚尾板、防爬器、電纜連接板以及防護(hù)裝置中的整體絕緣支架（GRP）、防護(hù)罩、防護(hù)罩支持扣件等構(gòu)成。接觸軌為正極，用走行軌作為負(fù)回流。接觸軌一般安裝在行車方向的左側(cè)，接觸軌軌頂面至走行軌頂面的距離、接觸軌中心距走行軌內(nèi)側(cè)工作面的距離依據(jù)機(jī)車型式確定。附圖1、2、3是以B型車為例。接觸軌側(cè)面受流系統(tǒng)構(gòu)成基本與下部受流系統(tǒng)一致，主要

5、區(qū)別在于側(cè)面受流系統(tǒng)有兩根鋼鋁復(fù)合接觸軌軌，其中一根為正極，另一根作為負(fù)回流。其安裝方式一般有以下三種。方式一：供電軌與回流軌并列安裝在絕緣支架上，設(shè)于線路一側(cè)。如圖1所示，該方式的技術(shù)難點(diǎn)主要是供電軌與回流軌距離較近，發(fā)生短路的幾率較分開設(shè)置的要大，且一旦短路則產(chǎn)生的電動(dòng)力大，需要絕緣支持裝置具有足夠的強(qiáng)度，對(duì)其機(jī)械及電氣性能要求較下部受流方式高。圖1：四軌授流方式二是供電軌安裝在線路一側(cè)，回流軌安裝在軌道中心，如圖2所示。該方式不適用于線性電機(jī)系統(tǒng)，其回流軌安裝位置與感應(yīng)板安裝位置沖突。圖2：四軌授流方式三是供電軌與回流軌分列線路兩側(cè)，一般應(yīng)用在跨座式輕軌線路中，該方式要求的橫向安裝空間較

6、大，不適用于機(jī)場(chǎng)線。當(dāng)采用方式一時(shí)，回流軌一般置于牽引軌的上方，兩接觸軌中心至走行軌頂面的距離，兩接觸軌軌頂面距走行軌內(nèi)側(cè)面的距離具體根據(jù)車輛尺寸確定。（見附圖4、5、6）2.2 接觸軌安裝形式在下部受流方式中，鋼鋁復(fù)合接觸軌的安裝采用整體絕緣支架，接觸軌被夾持在整體絕緣支架的頂部絕緣塊內(nèi)，接觸軌在支持體內(nèi)處于“懸掛”狀態(tài)，并可使接觸軌隨著溫度變化自由伸縮。受流器通過其彈簧裝置向接觸軌受流面產(chǎn)生抬升力而取流。防護(hù)罩沿接觸軌通過安裝防護(hù)罩支持扣件架設(shè)在接觸軌之上，使得接觸軌自受流面以上部分均受到保護(hù)。接觸軌的支持間距一般為3.255.2m，相對(duì)于其它兩種受流方式要大一些。其防護(hù)罩支持扣件的布置間

7、距一般為330500mm。在側(cè)面受流方式中，鋼鋁復(fù)合接觸軌安裝也采用整體絕緣支架。整體絕緣支架的側(cè)面安裝絕緣卡子，通過絕緣卡子卡住接觸軌底部來固定接觸軌。為保證受流器與接觸軌受流面能平滑接觸，垂直線路方向接觸軌不能自由竄動(dòng)，順線路方向接觸軌可隨著溫度變化自由伸縮。受流器通過其彈簧裝置向接觸軌受流面產(chǎn)生側(cè)壓力而取流。防護(hù)罩沿接觸軌通過安裝防護(hù)罩支持扣件架設(shè)在接觸軌之上，扣件與接觸軌支持一同安裝。為減小接觸軌受流方向的撓度，接觸軌的支持間距一般要小于下部受流方式的支持間距。2.3 優(yōu)缺點(diǎn)1） 在下部受流方式中，防護(hù)罩幾乎能夠覆蓋接觸軌外露部位，相對(duì)提高了人身及接觸軌的安全性。由于接觸軌受流面向下，

8、不易積塵埃、雪、霜等雜物，相應(yīng)減少了維護(hù)工作量。下部受流通過受流器產(chǎn)生上抬力取流，由于接觸軌采用“懸掛”式安裝，理論上，上抬力減弱了接觸軌的撓度，在保證接觸軌撓度一定，并滿足受流器取流質(zhì)量要求的條件下，接觸軌支持間距可相對(duì)加大。下部受流采用走行軌回流，需單獨(dú)設(shè)置雜散電流防護(hù)。目前雜散電流防護(hù)技術(shù)不成熟，在設(shè)置了雜散電流防護(hù)的情況下，系統(tǒng)產(chǎn)生的雜散電流對(duì)道床的腐蝕依然較大。2） 側(cè)面受流方式中，為保證列車安全取流，接觸軌防護(hù)罩不能將接觸軌完全覆蓋，但由于受流面在側(cè)面，相對(duì)而言，下接觸方式更不易積塵埃、雪、霜等雜物。而且側(cè)面受流為兩根接觸軌，機(jī)車上也需要兩套受流器，就這一方面來說，較下部受流的一根

9、接觸軌一套受流器的維護(hù)工作量更大，人身及接觸軌的安全性較差。接觸軌為保持良好的受流狀態(tài)，要求接觸軌的凸凹程度盡量小，而其支持間距盡量大。但增大支持間距的結(jié)果使得接觸軌的撓度增大。理論計(jì)算和分析表明，在同一支持間距下，撓度越大，受流器的受流效果越差，適應(yīng)的最高行車速度也就越低。為保持良好的受流狀態(tài)，側(cè)面受流方式采用的支持間距應(yīng)該介于上部受流與下部受流方式之間，稍小于下部受流方式的支持間距。具體比較見下表：三軌下部受流和四軌受流方式經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較表 序號(hào)比較類別三軌下部受流四軌受流1授流性能好較差2磨耗及壽命一致3對(duì)牽引供電系統(tǒng)的影響需雜散電流防護(hù)措施不需雜散電流防護(hù)措施4維護(hù)費(fèi)用低較低5系統(tǒng)穩(wěn)定性

10、和可靠性一致6安裝部件國(guó)產(chǎn)化一致7施工難易程度簡(jiǎn)單復(fù)雜8接觸軌防護(hù)安全性好一般9運(yùn)營(yíng)維護(hù)經(jīng)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)豐富經(jīng)驗(yàn)較少10工程投資約159.4萬元/條公里全線正線約8745萬元約310萬元/條公里全線正線約17007萬元2.4 系統(tǒng)兼容性側(cè)面受流方式通過受流器給接觸軌受流面產(chǎn)生側(cè)向力來取流，與北京地鐵的上接觸受流器給接觸軌受流面產(chǎn)生下壓力來取流的工作原理差別較大。且受流器結(jié)構(gòu)迥異，若采用上接觸的車輛需要在采用四軌受流的線路行車，改造受流器的工作將是非常艱難且難以實(shí)現(xiàn)的。2.5 經(jīng)濟(jì)性僅從正線費(fèi)用估算對(duì)比，采用下部受流方式每條公里約為159.4萬元，采用側(cè)面受流方式每條公里約為下部受流方式的一倍左右。3.

11、 工程實(shí)施下部、側(cè)面受流方式均可采用單獨(dú)預(yù)埋接觸軌支撐底座或直接安裝在加長(zhǎng)的軌枕上。1） 下部受流方式：先將接觸軌絕緣支架固定在底座上，然后將接觸軌安裝在支架上，調(diào)整后，在接觸軌上安放防護(hù)罩支持扣件，最后利用防護(hù)罩本身的自彈性將防護(hù)罩安裝在接觸軌上。2） 側(cè)面受流方式：先將接觸軌絕緣支架固定在底座上，然后將兩根接觸軌至下而上安裝在支架上，調(diào)整后，在接觸軌支架的防護(hù)罩支持上用防護(hù)罩支持扣件將防護(hù)罩安裝在接觸軌上。下部受流方式比側(cè)面受流方式在施工要簡(jiǎn)便，在日后維修維護(hù)工作量上相應(yīng)較少。4. 下部、側(cè)面受流方式的限界在限界方面，接觸軌均被包括在車輛限界范圍內(nèi)，側(cè)面受流方式比下部受流方式在垂直方向略有加大，具體數(shù)據(jù)根據(jù)不同車輛尺寸而不同。5. 結(jié)論根據(jù)北京首都國(guó)際機(jī)場(chǎng)線的現(xiàn)有條件，基于以上的分析，