【2017年整理】城市轨道车辆供电制式的分析研究.docVIP

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