《接觸網(wǎng)教案》補充城軌接觸網(wǎng)

1、城軌接觸網(wǎng)城市軌道交通用的接觸網(wǎng)有三大類型：第三軌類接觸網(wǎng)，架空柔性接觸網(wǎng)和架空剛性接觸網(wǎng)。1、第三軌接觸網(wǎng)第三軌接觸網(wǎng)僅用于城市軌道交通中的地鐵，全封閉的城市鐵路和輕軌等線路，因其牽引供電線路中的導(dǎo)電軌沿線路在車輛的走行軌旁設(shè)置而被形象地稱為“第三軌”。第三軌距走行軌中心距離約為1.4米，距軌面高度約0.44米（具體數(shù)據(jù)要根據(jù)機車集電靴設(shè)置參數(shù)而定），由接觸導(dǎo)電軌、端部彎頭、防爬器、隔離開關(guān)和防護罩等組成，并用絕緣子支撐。與之相配合，車輛采用集電靴受流。一般地，根據(jù)車輛集電靴與導(dǎo)電軌的接觸受流方式的不同，車輛接觸受流方式分為上接觸式、側(cè)接觸式和下接觸式，對應(yīng)的第三軌也就稱為“上接觸式第三軌”

2、、“下接觸式第三軌”和“側(cè)接觸式第三軌”。（一）上接觸式上接觸式接觸軌直接放在支持絕緣子上，安裝于走行軌的一側(cè)，車輛的集電靴從接觸軌上表面取流。接觸軌的上方和一側(cè)有防護罩保護，對人員接近和冰雪侵擾有一定防護作用。上接觸式接觸軌的結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，其導(dǎo)電軌直接放置于支持瓷絕緣子上，導(dǎo)電軌重量對結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定有利，日常檢查也一目了然，維護工作量小，機械故障的可能性也小。上接觸式的主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠、維護方便、造價低，但由于導(dǎo)電面幾乎全部暴露在外，在人身安全防護、美觀、耐候性等方面低于下接觸和側(cè)接觸式。正是由于這一缺點，英國的有關(guān)部門在60年代后期決定除既有線路外，在新建的城市軌道交通線路中不再使

3、用這一方式，如1987年8月開通的英國倫敦港口住宅區(qū)輕軌（DLR）線路，就改用了側(cè)接觸式接觸軌。（二）下接觸式下接觸式接觸軌向下安裝在特殊的防護罩的內(nèi)側(cè)，防護罩集防護和支持功能為一體，安裝在走行軌的一側(cè)。接觸軌的上方和兩側(cè)都被防護罩屏蔽，車輛的集電靴從接觸軌下表面取流。其優(yōu)點是相對安全、美觀、耐候性較好。在某些特殊的情況下（如乘客掉下站臺、車輛在區(qū)間發(fā)生停車故障、需要緊急疏散乘客、車輛維修工作人員疏忽等），由于暴露在外的導(dǎo)電面相對隱蔽，對可能產(chǎn)生的人身安全問題有一定的防護效果。下接觸式接觸軌的主要缺點是比上接觸式接觸軌的運營維護工作量大，相應(yīng)費用較高。下接觸式接觸軌向下安裝在防護罩的內(nèi)側(cè)，接觸

4、軌重量對于整體結(jié)構(gòu)起不到穩(wěn)定作用，因此對防護罩的結(jié)構(gòu)有特殊要求，否則其變形可能會引起接觸軌的變形，進而影響到車輛的受流。在檢查維護時，必須打開防護罩才能觀察到接觸軌機械連接和電氣接續(xù)部件的狀態(tài)。（三）側(cè)接觸式側(cè)接觸式接觸軌類似于上接觸式接觸軌，都是安裝在瓷絕緣子的上部，主要區(qū)別是接觸軌外形不同，對著車輛受流器的側(cè)立面較為平直。主要優(yōu)缺點也與上部受流方式基本相同。與上述兩種受流方式相比，側(cè)面受流方式有兩個較突出的優(yōu)點：一是接觸軌的終端彎頭向側(cè)面外彎，不占下部空間，離積雪較遠，也不占上部空間，容易處理與車體的距離關(guān)系；在線間距較寬的道岔區(qū)，它可以順道岔導(dǎo)曲線延伸，縮短道岔區(qū)的無電區(qū)長度。二是它所受

5、到的受流器側(cè)向壓力較為穩(wěn)定，不會因為受流器脫軌而對接觸軌和支架產(chǎn)生過大的側(cè)向推力，運行更加安全可靠。側(cè)接觸式接觸軌主要在德國、英國等少數(shù)國家采用，我國目前沒有運營經(jīng)驗和車輛受流器的生產(chǎn)運用經(jīng)驗。重慶城市交通單軌線路采用的側(cè)面受流剛性接觸網(wǎng)與側(cè)接觸式接觸軌不是同一概念，這種側(cè)面受流剛性接觸網(wǎng)型式自日本引進，電壓采用DC1500V。（四）導(dǎo)電（接觸）軌使用的材料常用的導(dǎo)電（接觸）軌材料分為低碳鋼和不銹鋼鋁合金復(fù)合材料2種類型。（1）低碳鋼接觸軌北京地鐵的上接觸式接觸軌使用我國自行生產(chǎn)的JU-52型滲鋁低碳鋼接觸軌（鋼號為0.5Al），單位重量51.36kg/m，單位長度電阻為1.9110-5 ?/

6、m（+15），標準制造軌長12.5m的接觸軌在隧道外焊接成5075m長度的軌節(jié)（在隧道內(nèi)軌節(jié)長度可以加倍），軌節(jié)之間做成軌縫式膨脹接頭，構(gòu)造簡單，維護簡便，運行30年來上表面僅磨耗35mm，約占接觸軌截面的6%，運行反映良好。（2）不銹鋼鋁合金復(fù)合接觸軌簡稱“鋼鋁復(fù)合接觸軌”或“復(fù)合接觸軌”。由于低碳鋼接觸軌電阻率高，壓降大，20世紀70年代以來，國外開始研究導(dǎo)電性能優(yōu)越的銅接觸軌和使用耐磨性好的鋼材與導(dǎo)電性好的鋁合金材料構(gòu)成復(fù)合接觸軌來取代低碳鋼接觸軌。由于銅接觸軌的使用受到了成本和資源的限制，因此，成本相對低廉，資源相對充裕的鋼鋁復(fù)合接觸軌得到了較廣泛的應(yīng)用。復(fù)合接觸軌采用6mm厚的高硬度

7、不銹鋼帶與鋁合金軌體壓合。目前采用這種復(fù)合接觸軌的城市有巴塞羅那、舊金山、底特律、溫哥華、多倫多、曼谷、哥本哈根等城市。以載流量3,500A的復(fù)合接觸軌為例，單位重量11.16/m；復(fù)合接觸軌截面積約3,705mm2（其中，鋁合金軌體截面積3,485mm2，不銹鋼截面積220mm2）；單位長度電阻0.9110-5 ?/m（+20）；標準軌長可為9m或10m，通過專用魚尾板連接成120m的軌節(jié)，軌節(jié)之間用專用膨脹接頭連接。據(jù)報道，溫哥華地鐵使用的鋼鋁復(fù)合接觸軌在運行5年后實測平均磨耗0.04mm/年，據(jù)此推算其使用壽命約為4050年。與低碳鋼接觸軌相比，鋼鋁復(fù)合接觸軌具有下列優(yōu)勢：l 重量輕、截

8、面小、易于施工安裝；l 電阻值低、電壓降及牽引網(wǎng)電能損耗均有所下降；l 接觸面光滑、耐磨耗，可減少由于受流器與接觸軌之間的不平順產(chǎn)生的電弧。但是，鋼鋁復(fù)合接觸軌除了自身造價高于低碳鋼接觸軌外，還要求每一軌間用螺栓連接的接頭縫隙不大于0.1mm，這是很高的安裝精度，對施工和管理提出了較高的要求；另外，如果采用有機聚合材料的絕緣子，則需要根據(jù)運用情況考慮材料的抗污穢、抗漏電痕跡和抗老化等性能的要求。運用的特點：目前，第三軌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，使用壽命長，在安裝、維護上的費用和工作量要低于架空接觸網(wǎng)（相同電壓下），受天氣的影響也小得多（除了上接觸式外），并且能夠較好地適應(yīng)小尺寸隧道。另外，還有一個有爭論的

9、優(yōu)點在于對視覺的影響上，一些人認為接觸網(wǎng)暴露在地面上的部分影響了城市景觀。由于第三軌系統(tǒng)距地面很近，無法做到全方位的人員接近防護是一個主要的缺點。電力操作規(guī)程所規(guī)定的斷電標志（打開斷路器，有明顯的斷路點，掛地線）在第三軌系統(tǒng)實行存在困難，對日常維護或緊急情況下的旅客疏散造成困難。也正是由于距地面很近的原因，設(shè)備在國內(nèi)還存在易竊易損的可能。另外，第三軌系統(tǒng)在運行軌道岔處必須留出間隙，在某些環(huán)境下會出現(xiàn)列車中斷運行的情況，需要使用跳線電纜臨時搭接或其他列車救援。再者，由于直流電場的吸附作用和距地面很近的原因，第三軌系統(tǒng)中的絕緣器件容易被污染，加之自然風(fēng)和雨水無法對絕緣器件產(chǎn)生自潔作用，需要經(jīng)常清掃

10、，否則極易發(fā)生絕緣閃絡(luò)事故，影響行車。由于接觸軌的不連續(xù)性，受流器在滑入接觸軌時會受到?jīng)_擊，當列車速度過高時，沖擊力較大，嚴重時會損壞受流器，因此，采用接觸軌受流方式時列車的最高運行速度較低。根據(jù)英國的研究，采用第三軌的列車運行極限速度為160km/h。在國內(nèi)，采用第三軌的北京地鐵列車運行極限速度為90km/h。接觸軌系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單，剛性固定、維護工作量小，故障率低，最常見故障為支持絕緣子污穢、裂紋或損壞，無需配備專用的接觸軌系統(tǒng)搶修機械。由于接觸軌系統(tǒng)的零部件種類少，作業(yè)面也低，因此，搶修作業(yè)程序也較為簡單，通常是停電后，在確定損壞的絕緣子位置后，即可進行更換。2、柔性架空接觸網(wǎng)二次世界大戰(zhàn)

11、前，架空的電氣化線路設(shè)計開始使用。第一條從倫敦利物浦大街到圣菲爾德的線路全部完工于1948年，采用DC1500V電壓。隨后的七十年代開始，DC1500V架空接觸網(wǎng)占了新建城市軌道交通的70%以上，而采用接觸軌的城市軌道交通不足30%。 在早期的城市軌道交通中，供電系統(tǒng)的整流設(shè)備大多數(shù)采用水銀整流器，其反向沖擊電壓水平僅能滿足750V電壓的要求，初期的電力半導(dǎo)體器件也很難達到1500V電壓的要求。到了七十年代，高電壓的電力半導(dǎo)體器件制造技術(shù)已經(jīng)成熟，這樣就為采用1500V電壓等級創(chuàng)造了條件。同樣，架空接觸網(wǎng)也是受到機械工業(yè)的影響，早期的發(fā)展受到一定程度的制約，此時接觸軌由于安裝相對簡單、實用、易

12、于實現(xiàn)而被許多國家采用。隨著技術(shù)的不斷進步，接觸網(wǎng)從設(shè)備的安全可靠、降低造價到易安裝、易維護、少故障等方面都有了本質(zhì)上的飛躍，九十年代以后包括我國在內(nèi)的很多國家和地區(qū)紛紛提出了針對架空接觸網(wǎng)的“少維修，無維修”的口號，加上其相對接觸軌而言在人身安全方面的優(yōu)越條件，后期修建的地下鐵道多數(shù)采用了DC1500V架空接觸網(wǎng)方式。（一）柔性架空接觸網(wǎng)懸掛種類柔性架空接觸網(wǎng)在電氣化鐵道中得到了廣泛的應(yīng)用，適用于城市軌道交通的架空式接觸網(wǎng)的懸掛類型大致可分為兩大類：半補償彈性簡單懸掛方式，全補償簡單鏈形懸掛方式。（1）半補償彈性簡單懸掛半補償彈性簡單懸掛接觸網(wǎng)由支柱（基礎(chǔ)）、支持裝置、定位裝置、接觸線（吊索

13、）、補償裝置等組成。半補償彈性簡單懸掛接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡單，導(dǎo)線的彈性均勻性較差，弓網(wǎng)關(guān)系不易匹配，不適用于較高速度行車，因此在城市軌道交通中的車輛段場所的停車線、出庫線、月修線、不落輪鏇庫線、靜調(diào)線、吹掃線等場地使用較多。半補償簡單懸掛接觸網(wǎng)在單股道線路上是通過腕臂上的三角形吊弦懸掛一根接觸線，在庫內(nèi)的各種線上是通過各個懸掛點上的三角形吊弦懸掛一根接觸線（Ris120），在多股道線路上則通過軟橫跨下部定位繩上的滑輪三角形吊弦懸掛一根接觸線（Ris120）。（2）全補償簡單鏈形懸掛接觸網(wǎng)正線柔性全補償簡單鏈形懸掛接觸網(wǎng)在技術(shù)上是成熟的，經(jīng)濟上是相對合理的，目前還沒有更理想的形式來取代。全補償簡單鏈形

14、懸掛接觸網(wǎng)的彈性均勻，受流質(zhì)量好，穩(wěn)定性較好，弓網(wǎng)關(guān)系匹配也較好，適用于較高速度行車，但其結(jié)構(gòu)占用的空間較大，在隧道內(nèi)使用時需要增加一定的土建工程量（其結(jié)構(gòu)高度根據(jù)隧道結(jié)構(gòu)的不同大約是在235mm到375mm之間）。全補償簡單鏈形懸掛接觸網(wǎng)是由支柱（基礎(chǔ)）、支持裝置、定位裝置、接觸懸掛、補償裝置等組成。 支柱及基礎(chǔ)在隧道外接觸網(wǎng)懸掛通過支持裝置：支柱及基礎(chǔ)固定。按其在接觸網(wǎng)中的作用可分為中間支柱、錨柱、道岔定位支柱、硬橫跨支柱等幾種。目前，在城市軌道接觸網(wǎng)系統(tǒng)中采用H型，圓型鋼支柱。 支持裝置由水平腕臂、斜腕臂、絕緣子等組成，其作用支持接觸網(wǎng)懸掛，并將力傳給支柱和建筑物。 定位裝置定位裝置包括

15、定位管和定位器。其功用是固定接觸線的位置，使接觸線在受電弓滑板運行軌跡范圍內(nèi)，保證接觸線與受電弓不脫離，并將接觸線的水平負荷傳給支柱，定位器有直管定位器、彎管定位器。補償裝置又稱補償器。補償裝置（補償器），由補償滑輪、補償繩、杠桿、墜砣桿和墜砣組成。它設(shè)在錨段兩端，能自動補償接觸線或承力索內(nèi)的張力，它是自動調(diào)整接觸線或承力索張力的補償器及其制動裝置的總稱，由滑輪和墜砣組成。其作用是溫度變化時，線索受溫度影響而伸長或縮短，由于補償器墜砣的重量作用，可使線索沿線路方向移動而自動調(diào)整線索張力，使張力恒定不變，并借以保持線的馳度滿足技術(shù)要求在隧道內(nèi)接觸網(wǎng)懸掛通過底座，支持裝置（腕臂、絕緣子），定位裝置

16、（定位器）固定。在DC1500V供電方式中，接觸網(wǎng)系統(tǒng)在正線股道上一般采用雙接觸線（Ris120），單或雙承力索（TJ-150），04根輔助饋線（TJ-150），1根架空地線（TJ-120）。在隧道中，為了進一步降低隧道的工程造價，充分利用隧道頂部的空間，許多城市在隧道內(nèi)的接觸網(wǎng)懸掛方式上還采用了結(jié)構(gòu)占用空間較小的彈性支座有補償簡單懸掛（國外公司的專利技術(shù)）。（二）接觸網(wǎng)的主要設(shè)備及其特點為了保證工作人員的作業(yè)方便及人身安全，將接觸網(wǎng)在電的方面分成獨立的區(qū)段。絕緣器兩端的接觸線當開關(guān)閉合時都能帶電；當隔離開關(guān)打開時，獨立的區(qū)段中則沒有電，便于在該獨立區(qū)段中進行停電作業(yè)。（1）雙溝式銀銅接觸線目

17、前，在城市軌道交通供電系統(tǒng)架空柔性接觸網(wǎng)里都采用的銀銅接觸線，截面積120mm2。此種含0.1銀合金的接觸線具有：一是耐溫好，大幅度提高了接觸網(wǎng)系統(tǒng)的抗退火、抗短路能力（接觸網(wǎng)系統(tǒng)能承受最大不退火短路電流為40000A,20ms,末端不退火短路電流為15000A,60ms），克服了銅接觸線軟化現(xiàn)象；二是抗拉強度好，Ris120額定張應(yīng)力也高于同類銅接觸線，在接觸線截面積磨損20后，其額定張應(yīng)力仍然維持在正常的架設(shè)張應(yīng)力范圍之內(nèi)；使用壽命長，大大提高了運營的可靠性。（2）分段絕緣器為均勻分配接觸網(wǎng)負荷和故障維修處理的需要，接觸網(wǎng)需分成若干個供電區(qū)域，設(shè)置分段絕緣器。分段絕緣器可分：隧道外單線和隧

18、道內(nèi)雙線，前者在車輛段內(nèi)的各個電分段的線路上，后者用于正線需要電分段的線路上。（3）隔離開關(guān)隔離開關(guān)與分段絕緣器配合使用，使接觸網(wǎng)達到靈活供電。按其功能可分帶接地刀閘和不帶接地刀閘的隔離開關(guān)。按其操作系統(tǒng)分手動和電動。（4）避雷器在雷擊地區(qū)為有效保護接觸網(wǎng)和整個牽引供電系統(tǒng)的正常供電，通常在車輛段、地面正線和隧道口裝有閥式避雷器和羊角避雷器。3、剛性接觸網(wǎng)懸掛剛性懸掛接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)比較簡單，由懸掛裝置、絕緣子、匯流排等組成。剛性懸掛方式相當于安置在隧道頂部的接觸軌。因此，剛性懸掛方式同時具有接觸軌和接觸網(wǎng)所具有的優(yōu)點，在上個世紀70年代后期被許多國外的城市所采用。剛性懸掛接觸網(wǎng)經(jīng)過十幾個國家40多

19、條地鐵的運營，在設(shè)計上的不斷改進，目前已經(jīng)臻于完善。剛性懸掛試驗段在廣州地鐵1號線運行近5年，廣州地鐵2號線已經(jīng)正式使用，受流質(zhì)量較好。剛性懸掛的國產(chǎn)化率可達到96%以上，工程造價低于柔性懸掛接觸網(wǎng)，在隧道內(nèi)使用仍能保證較寬的受電弓所需要的空氣絕緣間隙，長隧道區(qū)間不需要預(yù)留接觸網(wǎng)下錨空間，匯流排載流截面大、溫升小，沒有事故斷線之虞，不需要輔助饋線，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠，零件種類少，維護簡單易行。所以，盡管剛性懸掛在我國使用的時間不長，運營經(jīng)驗不多，在制造、施工、設(shè)計等方面都還有值得改進之處，但其總體優(yōu)勢得到了業(yè)界的肯定，正在許多新建城市軌道交通項目中得到推廣，目前開通的南京地鐵1號線也在隧道中采用了剛

20、性懸掛方式。隧道內(nèi)剛性接觸網(wǎng)和隧道外柔性接觸網(wǎng)的銜接需要通過專門設(shè)計的過渡裝置來實現(xiàn)過渡。三、三類接觸網(wǎng)的優(yōu)缺點剛性架空接觸網(wǎng)與接觸軌一樣具有結(jié)構(gòu)簡單、事故影響范圍小、運營維護工作量小等優(yōu)點，但由于其作業(yè)面較高，運營維護仍須配備專用的維護檢修車輛。兩種供電制式的比較，柔性架空接觸網(wǎng)適合列車高速運行。在法國，使用簡單懸掛接觸網(wǎng)的列車最高試驗速度達到160km/h，鏈形懸掛時列車的最高試驗速度達到500km/h；我國在秦沈客運專線上，使用鏈形懸掛時列車最高試驗速度達到321km/h，在天津濱海線上，使用鏈形懸掛的城市軌道列車最高試驗速度也達到了115km/h。同時，由于帶電部分高出運行軌面4米以上

21、，安全性好，并且可以按照電力操作規(guī)程的規(guī)定，確保有明顯斷電標志（降下車輛的受電弓，與帶電的接觸網(wǎng)脫離），便于緊急情況下的處置。另外，由于在高空架設(shè)，自然風(fēng)和雨水能夠?qū)^緣子產(chǎn)生自潔作用，相對減少了絕緣子的清潔工作量。但是，柔性架空接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零部件多，且有斷線之虞；接觸線磨耗快，換線周期短；在隧道內(nèi)，張力補償下錨要求高，在地面或高架橋上會對城市景觀造成一定影響。柔性簡單鏈形架空接觸網(wǎng)的接觸導(dǎo)線和承力索均帶張力，接觸網(wǎng)發(fā)生短路故障時存在斷線隱患，其支持部件除承受各類線索的垂直荷載外，還要承受線索張力引起的各類水平荷載及斷線沖擊荷載，部件發(fā)生故障的幾率相對較大。一旦發(fā)生斷線事故，影響范圍較大，

22、同時由于檢修作業(yè)為高空作業(yè)，需要的人員多，搶修和恢復(fù)比較困難，需要專用檢修設(shè)備， 表1是對DC750V，接觸軌（第三軌）供電方式和DC1500V，架空接觸網(wǎng)供電方式比較的匯總。表1各種接觸網(wǎng)特點對比表 供電電壓DC750V/1500VDC1500V接觸網(wǎng)類型接觸軌（鋼鋁復(fù)合接觸軌）架空接觸網(wǎng)接觸/懸掛方式上接觸下接觸側(cè)接觸剛性柔性旋轉(zhuǎn)腕臂鏈形懸掛彈性底座簡單懸掛適合安裝位置地下、地面、高架橋面的鋼軌側(cè)面地下鋼軌上方隧道頂部地下鋼軌上方隧道頂部，地面、橋面鋼軌上方支柱等支持結(jié)構(gòu)車輛受電方式集電靴受電弓允許速度/kmh電安全性高高高高高高供電可靠度高高高高高高正常情況下的全方位人身防護無法做到無法做到無法做到可以做到可以做到可以做到維修工作量基本相當基本相當使用壽命（年）404040202015接觸網(wǎng)造價160萬元/km160萬元/km/120萬元/km150萬元/km/是否要求增加隧道凈空無無無無有，與隧道截面形狀有關(guān)無對突發(fā)事件旅客疏散的影響有有有無無無對城市景觀影響無無無/有/變電所間距小/大大變電所總價高/低低能源損耗大/中中車輛購置費低/略高中