我国地铁接触轨技术发展综述与研发建议doc-城市交通——gshk.docx

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1、我国地铁铁接触轨轨技术发发展综述述与研发发建议接触轨，又又称第三三轨，或或简称三三轨。接接触轨系系统是地地铁牵引引供电系系统的重重要子系系统，它它直接影影响到地地铁供电电系统甚甚至整个个地铁系系统的安安全运以以营。自自19665年北北京建造造我国第第一条地地铁线以以来，仟仟随着我我国地铁铁建设事事业的发发展，接接触轨技技术也走走过了近近40年年的发展展历程。这这期间接接触轨枝枝术不断断发展，其其主要表表现为：安装方方式由以以上部接接触搔流流方式为为主导发发展成上上部接触触交流方方式与下下部接触触授流方方式并存存：导电电轨由低低磺钢材材料发展展成钢铝铝复合材材科：防防护罩(及支架架)由木木板材料

2、料发展成成玻璃钢钢材料：绝缘子子材料除除电瓷外外，还开开发出环环氧树脂脂材料及及硅橡胶胶材料。相相应地，一一些施工工安装方方法也有有所改进进目前前，直流流1 5500VV接触轨轨系统又又在积极极研发之之中，同同时钢铝铝复合接接触轨的的国产化化工作也也正在逐逐步展开开，当然然这其中中面临的的问题和和遇到的的困难也也有许多多。在这这种情况况下，对对我国地地铁接触触轨技术术的发展展历史进进行总结结，将有有助于目目前接触触轨新技技术的研研究与开开发。 11 概述述 11 接触触轨系统统的国内内应用概概况 目目前，在在我国有有3个城城市6条条地铁线线路采用用了接触触轨系统统，分别别是：北北京地铁铁1号线

3、线上程。北北京地铁铁2号线线(环线线)工程程、天津津地铁11号线中中段、北北京地铁铁复八线线工程、北北京地铁铁门号线线工程(即北京京城市铁铁路工程程)，北北京地铁铁八通线线工程、武武汉轨道道交通11号线一一期工程程另外外，由中中国援建建的19984年年开通的的朝鲜平平壤地铁铁，以及及由中国国承建的的20000年22月211日开通通一期工工程的伊伊朗德黑黑兰地铁铁，用了了接触轨轨系统。这这些线路路韵总长长度超过过2000km，触触孰电压压等级均均为直流流7500V。 122 接触触轨系统统的构成成 在接接触轨系系统零部部件中，除除包括作作为导电电轨的接接触轨以以外，还还包括绝绝缘支架架(或绝绝缘

4、子)。防护护罩隔隔离开关关设备、电电缆等。接接触轨、绝绝缘支架架(或绝绝缘子)、防护护罩是接接触轨系系统中送送电。支支撑、防防护的三三大件。 13接触轨系统的三大技术特征 谈及接触孰系统，其技术特征有三个级，二是安装方式，二是导电轨材料。 1 31 电压等级 目前世界上城市轨道交通中的直流牵引网电压等级繁多，接触轨系统的电压等级有600V、630V。700V、750V、825V，900V、1 000V、1 200V等，国外接触轨系统的标称电压一般在1 000V以下，西班牙巴塞罗那采用过直流1 500V及1 200V接触轨，美国旧金山BART系统为直流1000v接触轨。目前国内接触轨系统标称电压

5、为直流750V，国际上接触轨电压等级的发展趋向是IEC标准中的直流600V、750V。 132 安装方式 接触轨系统根据授流位置的不同，司分为上部授流接触轨、下部授流接触轨和侧部授漉接触轨三种形式。 1 3.3导电蓑材料 接触轨可采用低碳钢材料或钢铝复合材料。 2 北京京地铁早早期建成成线路的的接触轨轨系统 北京地地铁早期期建成的的线路包包括；119699年通车车的北京京地铁11号线工工程，119844年通车车的北京京地铁环环线工程程，19999年年9月通通车的北北京地铁铁复八线线工程。 21 北京地铁1号线工程 北京地铁1号线工程，东起北京站，西至苹果园，全长24，17km。工程于1958年

6、开始前期研究，1965年7月1日开工建设，1969年9月20日基事建成并试运营。该工程接触轨系统是我国第一个地铁接触轨系统本工程接触轨系统的电压等级开始为直流825V，以后随着牵引变电所设备的改造而成为直流750V，安装方式为上部授挽方式，导电轨材质为低碳钢，主要技术标准如下 211接触轨的技术条件 (1)接触轨断面的总断面积为6 543mm2， (2)接触轨的比重为78g/cm3： (3)每米接触轨的理论重量为5136kg，每根理论重量为642kg，每根125m， (4)对中性轴接触轨的惯性矩Jx=1 0268cm4，断面系数Wz=1762cm3 (5)接触轨的型号为JU-52，钢号为05铝

7、(05A1)； (6)在温度为15度的情况下，接触轨的单位电阻不超过O125mm2m： (7)接触轨的断面应铣平，断面歪斜在任何方向测量均不得超过10mm； (8)接触轨采用转炉冶炼的优质镇静钢轧制。 212接抽孰用绝缘子 接触轨用绝缘子由以下三个丰要部分组成： (1)瓷件，材料为电磁，工作电压1000V，抗弯800kg, (2)下座，材料为HT15-33灰铸铁： (3)上帽，材料为11T15-33灰铸铁。 另外，瓷件与下座间还没有1-5层的油毡纸垫片 213木防护板 木防护板的木科全部是在天然干性油中浸透的松木制成，井做烘干处理，木防护板翠表面涂阽火滦，木防护板外表面涂防腐油漆。 214端部

8、弯头 端部弯头总长度2300mm 22 北京地铁2号线工程 北京地铁2号线工程，线路长161Fan1974年完成接触孰施工图设计，1976年建成并试运营，1984年完成改造 根据北京地铁1号线工程的施工运营经验，针对存在的问题及接触轨要加强防护的指示，1974年2号线在工程接触轨系统设计时进行了一些修改与完善1978年5月，根据市兵办工程组技术处于1978年3月27日召开的关于地铁三轨防护板设计问题的会议纪要精神，将2号线工程接触轨防护板靠近线路侧上下的两块和防护支架下边的一块予以取消，形成了日前的结构形式，如图1所示。 233 北京京地铁复复八线工工程 北北京炔铁铁复八线线工程，西西起复兴兴

9、门，东东至八王王坟，线线路长112.77KM。该该工程接接触轨系系统施工工图设计计完成于于19993年110月，工工程于119999年9月月通车。与与北京地地铁环线线接触轨轨系统相相比，主主要进行行了以下下修改： (11)接触触轨端部部弯头由由原来的的23000mmm加长到到27775mmm，以使使受流器器与弯头头接触时时更平稳稳；同时时减小了了坡端的的接触面面到走行行轨顶面面的垂育育距离。 (2)采用3000V支柱绝缘子代替原绝缘子。 (3)结合工程需要，本工程册剥开发了玻璃钢防护罩并在车站、道岔、隧道联络线等局部地段进行了试验安装(单线总长度约6km) 3 德黑兰地铁12号线的接触轨系统

10、德黑兰地铁1、2号线，线路全长约53km1992年初开始投标，1996年合同正式生效，2000年2月21日第一期工程建成通车 根据招标文件要求，北京城建院联合高校与工厂，以产学研相结合的方式，研制开发出“下部校流接触轨系统”，填补丁国内空白，该技术成果于1994年6月8H从得了国家实用新型专利(zL93 2 241735)相应地，研制出玻璃钢材料的接触轨支架及防护罩，代替了传统的木板防护罩，这一创新成果带来了接触轨支架与防护罩材料的革命。本工程接触轨系统的电压等级为直流750V，导电轨材质为低碳钢 31 下部授流接触轨的安装结构描述 下部授流接触轨主要由导电轨，绝缘支架、防护罩等构成，见图2绝

11、缘支架由顶郎支架，中部支架，下部支架三部分组成，并共同构成悬臂结构型式；导电轨通过顶部、中部支架，悬挂在下部支架上；下部支架刚根据线路情况固定在整体道床上或碎石道床的轨枕上：防护罩靠自身弹性及支撑垫块固定在导电轨上。 322 下部部授流接接触轨的的安装结结构特点点 防护护罩对带带电接触触轨的防防护性能能好，带带电接触触轨不容容易被无无章识地地触碰到到，能确确保人身身安全，另另外，下下部授流流方式的的遮挡雨雨雪条件件也优于于上部授授流方式式，能确确保牵引引网系统统的安全全可靠运运行 这里需需要说明明，北京京城铁采采用的是是上部授授流接触触轨系统统。据220033年111月7日日北京京晚报报报道：

12、“城铁今今晨中断断一个多多小时。由由于昨天天深夜雪雪量较大大且融化化速度慢慢，遭遇遇今天凌凌晨急剧剧下降的的气温后后，造成成城铁部部分路段段轨道表表面结冰冰。首发发车在运运行过程程中，接接触轨与与列车受受流器之之间逐渐渐形成地穿甲甲似的冰冰层造造成列车车受流器器无法受受电，车车辆网压压不稳，使使得车辆辆无法正正常行驶驶。 33 接触触轨所含含化学元元素对电电阻宰影影响分析析 合同同要求：导电轨轨在155度时电电阻率pp=01255mm22/m为确保保接触轨轨按照上上述合同同要求交交货，对对制造厂厂欲采用用的接触触轨材料料进行了了电阻串串测试及及化学元元素分析析，前后后历时达达伴年之之久，分分析

13、结论论简述如如下。 如果采采用与北北京地铁铁接触轨轨相同的的材料来来加工制制造导电电轨，则则20度度时电阻阻率p（平平均值）在在0.1134mmm2mm左右，将将大于合合同要求求的155度时电电阻率为为01125mmm2/mm仅从从各元素素对电阻阻串的影影响看，PP、Sii的影响响较大，而而Mn的的影响较较小：但但由于接接触轨中中Mn的的绝对含含量比PP与Sii要高，因因而Mnn实际上上对电阻阻系数的的影响也也非常大大换言言之在在分析各各元素对对电阻系系数的影影响趋势势时，要要同时考考虑各元元素含量量大小对对此的影影响。另另外，工工艺条件件对各种种成分在在含量上上有影响响，即工工艺条件件也会影

14、影响导电电轨的电电阻系数数 在在上述测测试分析析基础上上，决定定不采用用与北京京地铁接接触轨相相同的原原材抖加加工制造造接触轨轨而从从国外进进口原材材料来加加工制造造接触轨轨最后后的测试试表明：用国外外原材料料加工制制造的接接触轨，在在15度度时电阻阻率p在在01111mmm2/m左左右。 344 支架架及防护护罩的制制造工艺艺 3411玻璃钢钢支架制制造工艺艺 玻璃璃钢支架架制造采采用了RRTM成成型工艺艺其优优点为：降低了了产品成成型过程程中苯乙乙烯的挥挥发量，有有利于提提高产品品质量，减减少环境境污染，工工艺成熟熟、参数数齐全，产产品质量量稳定：可防止止玻璃纤纤维的排排布方向向发生偏偏移

15、，使使铺层设设计、性性能设计计有保障障;可使使产品表表面附着着均匀的的胶衣树树脂层，增增加产品品的抗老老化能力力 3342 玻璃璃钢防护护罩制造造工艺 玻璃钢钢防护罩罩制造采采用了拉拉挤成型型工艺其优点点为:可可自动化化连续生生产，产产品均匀匀，质量量稳定;产品规规格多样样化 4 北京京地铁新新建成线线路的接接触轨系系统 441北北京地铁铁13号号线 北北京地铁铁13号号线，即即北京城城市铁路路工程，线线路全长长4085kkm。19999年88月122日，项项目被批批准立项项：20000年年9月226日，城城市铁路路西线全全面开工工：20002年年9月228日，城城市铁路路西线开开通试运运行，

16、220033年1月月20门门，城市市铁路全全线建成成试运营营。 结结合该工工程，北北京城建建设计研研究总院院联合北北京城市市铁路股股份有限限公司等等单位，研研制开发发出“新型上上部授流流接触轨轨系统”，见图图3该该工程接接触轨系系统的电电压等级级为直流流7500V，导导电轨材材质为低低碳钢。 新型上上部受流流接触轨轨系统的的特点： (11)防护护罩支架架及防护护罩采用用玻璃钢钢材质的的防火和和耐候性性功能使用寿寿命长， (2)结构形式造型比较美观， (3)结构设计较为合理，承受力的情况较好，省材料： (4)防护罩支架直接固定在接蚰轨上，所以能更好地保证防护罩支架及防护罩与接触轨的相对位置关系.

17、 (5)防护罩支架可以在接触轨上移动安装，所以施工安装及运蕾管理维护比较方便，不受走行轨轨枕间距施工误差的影响，从而使防护罩的定货长度与设计长度一致避免了材料及施工费的损失 42 北京地铁八通线 北京地铁八通线，西起八王坟，东至通州土桥，线路全长18964km；2003年12月7日完成热滑，2003年12月28日开通试运营 北京地铁1号线2号线及13号线，均使用的是瓷绝缘子瓷件是脆性材料在运输安装、运营维护等过程中，容易受到了硬器撞击而破损近年来，复合绝缘子发展迅猛，性价比，可靠性不断提高北京地铁八通线工程在前述北京城铁“新型上部授流接触轨系统”的基础上，在正线接触孰系统中采用了环氧树脂绝缘子

18、，在车场线接触孰上试用了硅橡胶绝缘子 5 武汉轨道交通一期工程的接触轨系统 武权轨道交通1号线一期工程，自宗关站经硚口至黄浦路，线路全长10234km，为全高架线路：2000年4月开始初步设计，2003年12月11日完成热滑，将于2004年上半年投入运营 该工程在国内首次采用钢铝复合接触轨技术。接触轨采用钢铝复合材料制成(见图4)，可有效地降低电阻率，并减少供电系统中牵引变电所的数量，降低运营时接触轨能量的的损耗；防腐蚀性能较好；钢铝复合接触轨重量小，便于运输和安装，在铝合金轨的接触面上包覆有一层不锈钢带，可人大提高耐磨性。 该工程接触轨系统的电压等级为直流750V，安装方式为下部授流方式 5

19、22 不锈锈钢带技技术数据据（示例例） 53 天津津地铁11号线(延伸)工程的的接姓轨轨系统 19884年112月，天天津地铁铁1号线线中段774kkm建成成通车，其其接触轨轨系统与与北京地地铁早期期建成线线路的接接触轨系系统一致致，20001年年7月因因线路需需向两端端延伸改改造而停停运天天津地铁铁1号线线（延伸伸）工程程，线路路全长22622km，计计划于220055年底建建成通车车本工工程采用用直流7750VV上部授授流接触触轨系统统，接触触轨材料料为钢铝铝复合接接触轨，目目前已完完成钢铝铝复合接接触孰的的采购招招标。 66 正在在建设中中的广州州地铁44号线接接触轨系系统 广广州市轨轨

20、道交通通4号线线大学城城专线段段工程，线线路全长长1411kkm该该工程于于20003年110月通通过初步步设计审审查，计计划20005年年12月月建成通通车 广州地地铁4号号线几次次穿越珠珠江水系系，并且且部分线线路位于于已建城城区针针对减少少车站埋埋深及增增加选线线灵活度度的需求求采用用了爬坡坡能力大大、转弯弯半径小小的直线线电机交交通系统统另外外，考虑虑到该线线路平均均站间距距大及工工程建造造尽量减减少对城城市景观观的影响响，因此此该工程程拟采用用直流115000V接触触轨系统统，接触触轨材料料为钢铝铝复合接接触孰 在1100多多年世界界城市轨轨道交通通史上建成于于19227年的的巴塞罗

21、罗那地铁铁1号线线曾采用用过直流流1 5500VV接触轨轨系统，其其3号线线及4号号线也采采用过直直流1 2000V接触触轨，但但现在已已经拆除除，而改改用刚性性架空接接触网在目前前运营的的地铁线线路中，接接触轨电电压等级级最高的的是美国国旧金山山的“湾区快快速交通通”（Baay AAreaa Raapidd Trranssit)系统，简简称BAART系系统，其其接触轨轨电压等等级为直直流10000VV其接接触轨为为工宇钢钢两侧通通过螺栓栓傍附铝铝型材而而形成的的钢铝“复合轨轨”。当然然，工字字钢与铝铝型材间间要应用用抗氧化化油脂该地铁铁系统于于19772年开开通了第第一条线线路 前面已已经介

22、绍绍过，我我国已经经运营的的地铁线线路（甚甚至包括括正在施施工中的的北京地地铁5号号线，110号线线等)，均均采用的的是直流流7500V接触触轨系统统在这这种情况况下，广广州地铁铁4号线线拟采用用的直流流1 5500VV接触轨轨系统，是是我国地地铁接触触轨技术术领域的的一个新新课题，有有许多问问题需要要认真研研究。 7 关于于研发直直流15500VV接触轨轨系统的的一些建建议 对对于直流流1 5500VV接触轨轨系统的的研发建议从从“软件”及“硬件”两个层层面考虑虑所谓谓“软件”，是指指直流115000V接触触孰的“系统性性研究”，所谓谓“硬件”，是指指以钢铝铝复合接接触孰国国产化为为主导的的

23、接触轨轨“零部件件研制”。 71 直流流1 5500VV接触轨轨的系统统性研究究 7111 系统统性研究究的主要要内窖 系统性性研究可可以概括括为以下下“四大环环节”的研究究： (1)设设计环节节-系系统设计计标准的的研究： (22)制造造环节-产品品制造标标准的研研究； (3)安装环环节-施工安安装标准准的研究究： (4)运运营环节节-运运营维护护标准的的研究 武汉汉轨道交交通1号号线一期期工程已已经成功功地应用用了“直流7750VV钢铝复复合接触触轨系统统”，到220055年底广广州地铁铁4号线线大学城城段建成成开通时时我国国将积累累起近两两年的钢钢铝复合合接触轨轨运营经经验，这这些经验验

24、将对广广州地铁铁4号线线大学城城段起到到重要的的借鉴作作用田田而，在在上述系系统性研研究中，建建议对系系统设计计标准及及产品制制造标准准进行重重点研究究，尤其其是系统统设计标标准的研研究这这是因为为，在世世界范围围内从事事钢铝复复合接触触轨产品品的制造造商有多多家，但但直流11 5000V接接触轨系系统的设设计、运运行经验验却相当当匮乏。另另外，建建议处理理好“四大环环节”研究的的相互关关系。 7112 系统统设计标标准研究究的主要要内容 系统设设计标准准研究可可以概括括为以下下“四大关关系”的研究究： 11)带电电体与接接地体关关系研究究 对于于直流115000v系统统，接触触轨带电电部分和

25、和结构体体，车体体之间的的最小净净距，国国家标准准地铁铁设计规规范及及IECC标准对对比都做做出了规规定。研研究内容容应根据据工程需需要，确确立带电电体与接接地体的的相互关关系，相相对位置置、定位位尺寸等等。在带带电体与与接地体体关系的的处理上上，上部部受流方方式比下下部授流流方式更更简洁。鉴鉴于此，建建议优先先考虑上上部授流流方式。 2)接触轨与人的关系研究 直流1 500v接触轨系统的研发难度，不在干电气本身，即不和于电气设备的技术指标，而是在于1 500V电气设备的人身安全防护与750V电气设备相比要困难得多。因而，建议对1 500V接触轨与人的关系给予重点研究，即应阱究采取何种措施(包

26、括硬件措施，软件措施、管理措施等)，最大限度地保护运营维护人员及乘客公众的人身安全。特别应该注意的是：对于以走行轨为回流网的只有1 500v接触轨系统，应认真地研究分析正极接触网与负极回流网的阻抗分配，并合理地设置牵引变电所避免在正常运行情况下走行轨对地电位超标，影响人身安全防护。1 500V钢铝复合接触轨系统的走行轨电位是一个不可小视的问题。 3)接触轨与车的关系研究 这既包括接触轨与车辆的限界关系研究，也包括车辆受流器与接触轨的“弓网”(器轨)配合关系研究 4)接触轨与道的关系研究 这里的“道”，狭义上指道床，广义上也涉及轨道、隧道，行车道，并包括地下、地面、高架等各种线路形式，即上建的概

27、念。所谓接触轨与道的关系研究，就是接触轨与土建关系研究即如何将1 500V接触轨合理地布置、安装、固定在各种道床上，这是应该认真研究的。 72 直流1 500V接触轨的零部件研制 721钢铝复合接触轨的国产化 早在2000年7月，武汉轨道交通一期工程准备采用钢铝复合接触轨时国内一些企业对钢铝复合接触轨的国产化问题就开始关注了。但山于这些厂家对市场前景分析不透，因而未能正式启动现在，武汉轨道交通一期工程的全线钢铝复合接触轨安装已经结束，并己完成热滑，该工程采用的是国外进口的钢铝复合接触轨。天津地铁1号线，钢铝复合接触轨供货招标已经结束，也采用的是国外产品。 目前，除广州地铁4号线以外，北京地铁5

28、号线，10号线(含奥运支线)、4号线等，也准备采用钢铝复合接触轨如果1 500V钢铝复合接触轨研发应用成功，广州地铁5号、6号、7号线及某些城市地铁，也将采用1 500V钢铝复合接触轨这样，在未来的5年内，国内钢铝复合接触轨的需求量将达到单线300km以上，产值估计在2-3亿人民币因而，建议有识企业抓住机遇，联合业主，设计单位，研究单位、高等院校等加速钢铝复合接触轨的国产化进程 据悉，国内铁路企业已启动了钢铝复合接触轨的国产化工作并于近期研制出钢铝复合接触轨样品，这对于中国城市轨道交通业无疑是一喜讯。 根据北京城建设计研究总院在武汉轨道交通工程中对钢铝复合接触轨的研究设汁应用，建议在钢铝复合接

29、触轨的国产化工作中，注童解决好以下两个重点问题： (1)不锈钢带与铝型材的结合问题， (2)不锈钢带的材质及外型表面平顾问颧。722直谴1 500V系统用绝缘子等零部件的研稍 直流1 500V系统用绝缘子玻璃钢支架、玻璃钢防护罩，钢铝复合接触轨附件等，利用国内既有技术与生产能力完全可以加工制造。 73 关于接触轨系统允许的量高速度 目前，广州地铁4号线的列车最高运行速度为90km/h但是，考率到直流1500V接触轨系统应有广泛的适用性，因而建议列车最高运行速度按130kmh考虑这样，1 500v接触轨系统一旦研发成功，可在国内其他城市迅速推广。有资料表明，美国旧金山BART的1 000V接触轨

30、系统，其列车最高运行速度为80英里h(126kmh)笔者在参观该地铁系统时，曾拍摄到列车运行速度为72英里h(112kmh)的画面 88 结语语 在我我国近440年的的地铁发发展史上上，其接接触轨技技术从零零开始一一步步向向前发展展，现在在已经瞄瞄准了接接触轨技技术的国国际前沿沿。在直直流1 5000V接触触轨技术术的研究究应用过过程中将有许许多课题题需要认认真研究究。在直直流1 5000V接触触轨系统统的“四大环环节”研究中中，建议议重点对对系统设设计标准准及产品品制造标标准进行行研究，在在系统设设计标准准的“四大关关系”研究中中，建议议重点对对1 5500VV接触轨轨与人身身安全防防护关系

31、系进行研研究在在钢铝复复合接触触轨的国国产化工工作中，建建议解决决好不锈锈钢带与与铝型材材的结合合问题及及不锈钢钢带的材材质及外外型表面面平顺问问题。直直流1 5000V接触触轨系统统一旦研研发成功功，将使使得我国国地铁接接触轨技技术发生生质的飞飞跃，井井将具有有划时代代的意义义 本本文在撰撰写过程程中，得得到了周周菁。赵赵颖红等等工程师师的热情情帮助，在在此特表表示感谢谢！参参考文献献 11宋文文义上上部接触触轨防护护结构型型式的研研制及总总结20002 22北京京城建设设计院.北京地地铁100号线牵牵引供电电系统投投标文件件20003 33北京京城建设设计院北京地地铁环线线工程接接触轨施施工设计计图纸19778