城市轨道交通供电接触网类型的比较.docx

城市轨道交通供电接触网类型的比较K2MG-E专业技术人员绩效治理与业务力量提升练习与答案摘 要 分析了城市轨道交通两大类牵引供电接触网的根本要求、不同类型与特点,提出不同城市选择接触网形式时应留意处理的关系和建议。架空接触网及第三轨授电都是可行的形式,并在各自的应用领域中仍不断发 展进步。从城市进展以及技术经济上分析比较,承受 DC 1 500 V 供电及架空接触网形式确有肯定的优越性。关键词 城市轨道交通,供电,接触网世界各国城市轨道交通的供电电压大都在DC 6001 500 V 之间。IEC(国际电工委员会) 拟订的电压标准为:600 V 、750 V 和1 500 V 三种。我国标准规定为 DC 750 V 和 DC 1 500 V 两种。目前我国很多大城市都在考虑建设快速轨道交通,首先面临的就是实行哪一种供电制式。这涉及到供电系统的技术经济指标、城市交通线 网的规划站距、供电半径、供电质量、运输规模、旅行速度和车辆形式等。必需依据各城市的具体条件和要求, 综合分析论证。以下分别从不同的运营要求、特点、规模和条件来做一分析比较。1城市轨道交通供电接触网的类型牵引供电系统是由电网输入线路、牵引变电站、馈电线、牵引接触网和回流线等构成的供电网络。接触网分为架空式接触网和第三轨(接触轨, 以下简称三轨) 式接触网。三轨式接触网仅用于地铁与封闭的城市铁路和轻轨,架空式接触网除此还可用于铁路干线、城市地面和工矿电机车电力牵引线路。为了保证对电动车组良好 的供电,接触网应顺直平滑,高度全都,在高速行车中能始终保持正常稳定的接触授流;接触网应具有足够的耐磨性 与良好的导电性,寿命尽量长,并力求构造简洁,易于施工、修理。1. 1架空式接触网架空式接触网的悬挂类型大致为三种:简洁悬挂,链形悬挂,刚体悬挂。不同的类型其电线粗细、条数、张力都是不一样的。架空线的悬挂方式,要依据架线区的列车速度、电流容量等输送条件以及架设环境进展综合 勘察来打算要实行什么方式。1. 1. 1简洁悬挂简洁悬挂方式构造简洁,支柱高度低,支持装置承受的负荷较轻,但是弛度大、弹性不均匀。为改善这一状况,一般在悬挂点处增加一个倒Y 形的弹性吊索,称为弹性简洁悬挂(见图1) ,相应改善了悬挂点处的弹性和运行状况。由于弹性简洁悬挂建筑费用低,施工便利修理简洁,城市电车或轻轨往往承受这种悬挂方式。地铁为了削减 隧道净空,承受以弹性支座或弓形腕臂作支持部件的简洁弹性悬挂。2. 1. 1. 2 链形悬挂接触线通过吊弦悬挂到承力索上的悬挂称为链形悬挂。链形悬挂承力索悬挂于支柱的支持装置上接触1线通过吊弦悬挂在承力索上,使接触线增加了悬挂点,调整吊弦可以使整个跨距内接触线对轨面保持全都高度。由于接触线是悬挂在承力索上的,因而根本上消退了悬挂点处的硬点,使悬挂线的弹性在整个跨度内都比较均匀。显然,链形悬挂比简洁悬挂性能好得多,但构造简单、投资大、施工修理调整较为困难。链形悬挂的类型很多,可以按悬挂链数分为单链形悬挂、双链形悬挂和多链形悬挂。按线索相对于线路中心的位置,又可以分为直链形接触悬挂、半斜链形接触悬挂、斜链形接触悬挂。对城市轨道交通,因其运行速度不太高,列车功率也不太大,一般多承受简洁链形悬挂(见图2) ,应用速度可达100 km/ h 以上。图1弹性简洁悬挂图2简洁链形悬挂1. 1. 3刚性悬挂刚性悬挂又称刚性接触网,是一种区分于传统柔性接触网的供电方式。由于地铁隧道供电导线上方空间有限,链形悬挂一般承受冷拉电解铜接触线。1962 年日本东京营团地铁日比谷线开通时, 考虑可能发生断线事故而要有保护措施、洞内修理作K2MG-E专业技术人员绩效治理与业务力量提升练习与答案业较简单等问题,以及隧道断面比三轨供电要大幅扩大的状况,开发了地铁用的的刚性悬挂方式。现在通过10 多个国家、30 多条地铁的运营, 经过不断改进设计,刚性接触网系统已日臻完善, 格外牢靠。如营团地铁南北线使用的刚体悬挂(见图 3) :承受铝合金T 型汇流排和铝夹耳来夹持铜导线,设计简洁,施工简洁; T 型汇流排截流截面大,削减电阻 40 % 以上,无须关心馈电线,使得其构造简洁紧凑,节约隧道净空,节约投资;导电铜线不受张力,应用牢靠,耐磨性好;接触网系统零部件少,大大降低了维护本钱。1. 2 三轨接触网三轨接触网是沿轨道线路敷设的附加接触轨 , 从电动客车转向架伸出的受流器通过滑靴与第三轨接触而取得电能。三轨接触网的电压据IEC 标准为 DC 600 V 和 DC 750 V , 但也有国家承受较高电压,如西班牙巴塞罗那地铁就承受了 DC 1 500 V 和 1 200 V 。接触轨可以有三种方式,即上接触式、下接触式和侧接触式。图3刚性悬挂1. 2. 1上接触式三轨安装在绝缘子组件上(见图4) ,由接触轨、绝缘子、三轨夹板、防护支架、防护板、端部三轨弯头、2防爬器等构件组成。受流器滑靴从上压向接触轨轨头顶面受流。受流器的接触力是由下作用弹簧的压力调整的,受流平稳,由于端部弯头的过渡作用,能够削减在断电区的电流冲击。上接触式三轨施工作业简便,可以在轨头上部通过支架安装不同类型的防护板。北京地铁、纽约地铁都是采用上接触式第三轨。1. 2. 2下接触式下接触式三轨轨头朝下,通过绝缘肩架、橡胶垫、扣板收紧螺栓、支架等安装在底座上。下接触式的优点是防护罩从上部通过橡胶垫直接固定在接触轨四周,对人员安全性好。莫斯科地铁就承受这种方式,利于防止下雪和冰冻造成集电困难。但是这种方式安装构造较简单,费用较高。2. 1. 2. 3侧面接触式侧面接触式就是接触轨轨头端面朝向走行轨, 集电靴从侧面受流。跨座式独轨车辆就承受侧面接触形式。其受流器装在转向架下部,接触轨装在轨道梁上。图4三轨装配图K2MG-E专业技术人员绩效治理与业务力量提升练习与答案1. 2. 4 三轨材料的进步三轨用导电率较高的铁轨制成(一般国内使用的材料为 05Al) 。近几年来随着复合材料的进展, 由不锈钢与铝合金通过机械方法或冶金结合方法加工而成的钢铝复合接触轨(见图 5) 已取代低碳钢接触轨,被世界上 60 多个城市承受。钢铝复合轨与低碳钢接触轨相比具有以下优势:图5钢铝复合轨断面 电导率高,电压降及牵引能耗成比例下降, 因此可加大供电距离约1. 4 倍,适当削减牵引变电站的数目。虽然目前钢铝导电轨还只能进口,本钱比铁轨要贵3 倍,但是节约下来的牵引变电站投资与接触轨增加的费用根本相抵,而且由于线路损耗降低,按20 km 长的线路计,仅靠节电一项,5 年可收回多投的资金。 不锈钢接触面光滑,耐腐蚀,耐磨耗,可延长接触轨与受流器的寿命。 重量轻,便于施工安装。正由于钢铝复合轨有以上优势,上工程承受钢铝复合轨已成为趋势。我国不少城市的轨道交通工程正预备使用钢铝复合轨方式。32不同接触方式的特点比较2. 1安全性无论架空式接触网还是三轨接触网,其安全性都是无容置疑的。从发生触电事故的状况看,两种方式都有且主要发生在车辆运用修理与电网维护人员。从地面交通的角度来看,在市区平交运行的有轨电车或轻轨车宜采K2MG-E专业技术人员绩效治理与业务力量提升练习与答案用架空接触网;牵引网压等级较高时,为了安全和保证肯定的绝缘距离,也宜承受架空网。而封闭运行的城市铁路或轻轨承受架空线或第三轨都完全能保证安全;在发生事故疏散乘客时架空式接触网将给人们更多的安全感。2. 2. 2经济性从技术进展历史来看,由于电工材料和输变电技术的进步,直流牵引输电电压呈增高趋势。1863 年开通的伦敦地铁和1904 年开通的纽约地铁分别承受了DC 630 V 和 DC 625 V 直流供电,三轨授流方式; 1935 年开通的莫斯科地铁承受的是 DC 825 V(相当 DC 750 V) ,第三轨授电。1955 年开通的罗马地铁首先承受了1 500 V 直流架空线输电。1960 年以后,日本的地铁与电气铁路全都,根本上都承受了 DC 1 500 V 架空接触网的制式。从建设费用来看,1 500 V 直流架空网输电比750 V 三轨授流经济。提高输电电压,可以相应地削减电能损耗,削减变电站的数量,降低电力设备费用。电压提高一倍,同样功率的电能输送距离可以提高近一倍。750 V 供电系统变电站间距较短, 一般为1. 52 km , 而1 500 V 供电系统变电站间距可达3. 54 km 。因此同一条线路承受1 500 V 输电,假设电站配置得当,比750 V 可以少建近一半变电站,供电设施大约只相当750 V 三轨授流的70 % 左右。而且承受1 500 V 制式后,同功率电动车辆由于电流的降低,电器设备也可以相应地减小体积与重量。电站直流开关等设备也如此。但是对于地铁,横断面一样的车辆,承受架空线的其隧道半径(或矩形隧道高度) 要比承受三轨授电的大, 施工土方量增加,土建费用增加约14 % 。从修理的角度来看,架空式接触网要定期进展检查维护,洞内修理作业需要专用的接触网检查车,修理周期短、费用高、备品备件需要量大。而接触轨维护简洁。从北京地铁运营30 年的实践来看,由于三轨与受电靴接触面大, 第三轨的磨耗微小。据粗略地调查,运行30 年,第三轨的上端面磨耗只有约45 mm , 根本上可以做到无修理或少修理化,因而也就相应削减了修理费用。此外,受流器构造简洁,修理便利。受流器滑靴各国根本上都承受黑色金属, 本钱低。由于历史缘由,北京地铁受流器滑靴是承受铜基材料,现正在试验铁质滑靴,推广后会进一步降低耗材成 本。从输电效率讲,由于线路损耗是与电流平方成正比的,尽管可以设关心馈电线来削减线路阻抗, 但 DC 1500 V 输电明显比 DC 750 V 损耗小、效率高。1 500 V 电压变化率较小,电能质量较好,且由于杂散电流要小一半,K2MG-E专业技术人员绩效治理与业务力量提升练习与答案有利于削减对地下金属建筑物的腐蚀。2. 3城市环境的适应性架空式接触网需要架设支柱,支持悬挂接触网要安装腕臂或横跨,横跨由金属桁架或横向承力索、上下定位绳组成。在城市中间密布支架和电线网,影响市容,有碍观瞻。固然通过奇异的规划设计可以削减不利影响。而三轨授电,接触轨位置低,没有明显的高大部件(如立柱、横向承力索、金属桁架等),城市景观好,对电磁污染较易实行防护措施。这也是国内外某些城市轨道交通承受三轨受电方式的缘由之一。从两大类接触网的应用比例来看, 目前地铁承受三轨授电的城市仍比承受架空接触网的多。但是随着城市规模的扩大及技术的进展,承受1 500 V 架空接触网的呈上升趋势, 且已有 DC 3 000 V 系统消灭。2. 4传输功率与速度水平较高的电压在同等条件下能够传输较大的功率。DC 1 500 V 比 DC 750 V 明显能够适应更大功率的电动车辆,也能到达更高的速度水平,在粘着允许的状况下加速度也能相应提高。对于单向最大断面客流量在每小时5 万人次及以下,宜承受 DC 750 V 接触轨;每小时5 万人次以上,则宜承受 DC 1 500 V 架空接触网。在适应速度上,架空接触网简洁链形悬挂可实现200 km/ h 的高速运行, 弹性简洁悬挂适应速度达120 km/ h ; 刚性悬挂已实现了160 km/ h 的试验速度。750 V 三轨授电一般只用于速度在100 km/ h 以下的线路。只有美国旧金山的BART(海湾区快轨) 最高速度达128 km/ h , 供电电压为 DC 1 000 V 。3选择接触网形式时应留意的几个关系城市轨道交通选择哪一种供电制式的问题,其关键是必需与城市的既有现状和进展规划相结合, 统筹兼顾,坚持经济上合理,技术上先进,适应本城市历史现状特点与进展规划前景。3. 1适应城市历史现状与进展前景的关系每个城市都有自己的历史特征。在城市进展的同时,如何保持文化遗产和历史风貌,已日益受到人们的重视。因此,象北京这样的古都,城市圈内应尽量修建地铁。城市铁路承受三轨,一方面为避开轨道上空纷纭的线网, 与保持整个城市的历史风貌相协调,另一方面可与原地铁系统相协调。一个城市在建设地铁或轻轨时承受何种接触网制式,往往受到已建线路形式的影响。如欧洲、北美地铁进展较早的城市伦敦、巴黎、纽约等都承受了三轨授电系统,其后根本沿用了该方式。北京地铁也是如世上没有一件工作不辛苦，没有一处人事不简单。不要随便发脾气，谁都不欠你的