城市轨道车辆供电制式的分析研究

城市轨道车辆供电制式的分析研究城市轨道车辆供电制式的分析研究 随着中国经济的快速发展 特别是汽车拥有量的急剧增长 城市交通问题成为各个大型城市迫切需要解决的重要问题之一 而以城市轨道交通和道路公交为主的城市公共交通就成为解决 城市交通拥堵的主要手段之一 目前 我国的城轨系统供电制式包括 dc750v 接触轨供电 dc1500v 接触网供电和 dc1500v 接触轨供电等 3 种方式 接触 网现有柔性接触网 一般在隧道外 和刚性接触网 一般在隧道内 2 种 接触轨与受电靴 也称集电靴 受流器 的受流接触有上接 触 下接触和侧接触 3 种 本文仅就接触轨 也称第三轨 以下 均称接触轨 和接触网两种供电方式涉及的若干问题提出自己的 观点 1 国内外现状 由于早期的功率半导体技术的局限性 早期地铁系统的牵 引供电一般采用 dc750v 或以下等级 随着功率半导体技术的发展和成熟 城轨系统的供电电压 由 dc750v 等级提升为 dc1500v 或更高等级 而接触网技术也 不断发展和成熟 国际上的城轨系统采用 dc1500v 电压等级的 均为接触网供电方式 我国在运营线路和在建线路基本上是 dc1500v 接触网供 电方式 2 从运营 应急救援和养护维修看两者的安全问题 接触网安装在线路顶部 正常情况下人员无法直接接触 对乘客 维修人员和其他相关人员来说安全性高 尤其从人员 跌落 紧急情况下和列车救援时的乘客疏散 车辆段的维修人 员往来通过 线路的紧急维修和常规维护保养 暴雨洪灾 积 雪积冰等方面来看 接触网的安全性和安全等级均高于接触轨 从理论上 技术上看 接触轨供电方式是可以解决安全问题的 但是为了保证安全的实现 所付出的设备投人和维护代价远远 大于接触网系统 在接触轨供电方式下 线路上的任何正常维护和紧急维修 作业均必须申请停电进行 维护维修完成后必须通过登记 注 销等确认机制才能重新供电 这种机制导致有效维护时间降低 维护维修效率相对较低 在车辆段 维修基地等人员出人频繁的区域 为了保证人 员安全和恶劣气象环境的供电安全 要么采取复杂的防护措施 其地面防护设备和措施的代价非常高 要么采用接触网供电技 术 我国广州 4 5 号线采用 dc1500v 接触轨与接触网联合供 电方式 在车辆段仍然采用接触网供电 这就造成了浪费和维 护成本提高 特别是在车辆段 人员高度密集 接触轨也是密 集布置 风险非常大 3 从中国气象环境看接触轨与接触网供电 目前 接触网技术非常成熟 无论在多台风地区 多雷暴 雨地区 大雪地区以及其它各类特殊气象环境地区 接触网均 运行安全 而接触轨与地面距离非常小 对 1500v 供电接触线 的安全距离与安全防护要求很高 当暴雨倾泻 地面积水甚至 洪灾时 容易发生漏电甚至短路 导致安全事故和由于供电终 止导致的列车停运 另外 由于集电靴碳刷运行产生的碳粉与 金属粉尘粘附 容易导致接触轨的安全等级下降 4 从国内外建设和运营经验以及国际标准看接触轨供电 世界城市轨道交通中 凡采用接触轨供电方式的都是 dc600v 750v 825v 唯一例外的高压就是建于 1972 年的旧金山 海湾区的快速有轨交通 非地铁系统 dc1000v 和德国汉堡 s 一 bahn dc1000v 1940 年建成 我国北京地铁有几十年应用 dc750v 接触轨供电的经验 已多次发生过触电事故 如今供电 电压提高到 dc1500v 时采用接触网供电 有些国家 如日本 英 国 还明文规定 供电电压为 dc1500v 时不得采用接触轨 根据 iec 相关标准 dc1500v 是直流高 低压的分界线 在相关设计文件中凡是标注标称电压 ac1000v 或 dc1500v 的条 款均明确指出架空网接触系统的字句 其安全防护距离明确规 定不适用接触轨系统 iec62128 1 铁路应用一固定设施一第一部 分 与电气安全和接地有关的保护规定 特别要提出的是 1500v 接触轨供电方式并不引领世界新 潮流 5 从能耗 全寿命成本看接触轨供电 从供电所损耗 列车控制技术 策略 制动再生反馈以及 线路状况看 接触网和接触轨两种方式的能耗一致 而接触轨 供电方式需要在每个转向架安装受流器 集电靴 受电靴 每个 受流器质量为 35kg 安装底板和附件为 10kg 每列车 按 6 节编 组计算 增加质量 540kg 高压母线质量大于 200kg 而 2 个受 电弓总重 260kg 因此接触轨方式列车增加的质量是 480kg 由 此引起的启动能耗与运行能耗增加量与接触网线路阻抗引起的 能耗增加量大致相当 接触轨的建设成本要大于接触网的建设成本 尤其是车辆 段的建设成本要远远大于接触网方式 采用接触轨供电 则一 列车的受流器造价是 60 万元 受电弓的造价是 15 万元 而受 电靴的故障率与磨耗远高于受电弓 并且每次漩轮后必须调整 受电靴 因此受电靴的故障率和维护成本远远大于受电弓 在接触轨供电方式下 如果车辆段也是采用接触轨方式 则为了保障安全 所投人的安全设备投资很大 且保障与维护 难度及工作量也很大 维护维修效率明显降低 如果车辆段采 用接触网方式 则列车上必须同时具备两种受电设备 其制造 成本和维护成本明显增加 6 从建设 景观和管理看接触轨供电 如果一个城市的既有地铁线路主要采用 dc1500v 接触网 供电方式 则后续线路最好也是采用接触网供电方式 以有利 于互联互通 备品备件 以及检修 管理体系共享 否则 必 须重新建立另外一整套的管理 维护维修 安全 备品备件 相关工种等体系 对互联互通 资源共享 标准化都十分不利 城市轨道交通系统在市区的线路 一般是采用地下方式 并不存在城市景观问题 而在郊区的线路 显然景观并不是选 择供电方式的主要理由 部分旅游城市地铁供电制式是否影响 景观 是一个仁者见仁智者见智的问题 安全与景观两者孰重 孰轻非常明显 7 结语 综合考虑建设投资 日常维护 运行 受流器维护 车辆 制造成本与维护成本 运行能耗等全部因素 接触网与接触轨 两种供电制式的比较如下 两者的全寿命成本基本相当 两者的 杂散电流基本相当 接触轨方式由于摩擦产生的金属粉尘污染 明显大于接触网方式 由于接触轨受流方式需要集电靴与导电 轨的平面接触 工程以及运行维护中根本无法保证 所产生的 接触电弧和离线电弧明显大于接触网 对于 dc1500v 电压等级采用接触轨方式 从理论分析角 度看 触电与短路风险无法消除 而为了降低这种风险所付出 的成本将是昂贵的 中国人一直有一句话人命关天 人的生命 大于天 一条线路要在几十年