城市軌道交通有高密度、高可靠性、高安全要求的特點。下面先從軌道交通的常見的方式入手,再通以北京與上海的城市軌道交通為例,對架空剛性供電與第三接觸軌的供電方式深度的探討與分析。
目前軌道交通采用的供電方式主要有三種:(1)架空柔性接觸網(wǎng);(2)架空剛性接觸網(wǎng);(3)第三接觸軌。
1、架空柔性。優(yōu)點:彈性好、服貼、所以弓網(wǎng)關系好,支持高速運行,運行速度快的線路基本都是架空柔性網(wǎng)。缺點:結構復雜,磨損及拉力容易斷線,接觸網(wǎng)短線會中斷行車,維護工作量大。所以現(xiàn)在柔性網(wǎng)在地鐵新建線路上已經(jīng)不用了,目前大鐵路特別是高鐵上是采用此種供電方式。
2、架空剛性。優(yōu)點:穩(wěn)定性好不容易斷,維護也簡單一些。缺點:彈性不好,告訴運行時弓網(wǎng)關系不良,容易出現(xiàn)拉弧等問題,還有就是由于比較硬所以接觸線磨損比較快,一兩年就要更換,由于比較硬絕緣子故障也較多。剛性網(wǎng)比較適應地鐵的低速、大密度、穩(wěn)定性高的要求,目前在地鐵里是主流。
3、第三接觸軌。優(yōu)點:穩(wěn)定性好、對地絕緣性能好、電導率高、對隧道的限界要求小,對工程的隧道土建投資節(jié)省、穩(wěn)定耐磨,維護工程量少,露天線路的環(huán)境友好。缺點:由于是在低位供電做檢修人員的威脅較大,所以每次有人進入線路都需要停電接地、斷口太多導致正極電纜太多且都在地上帶來很大風險。
城市軌道交通有高密度、高可靠性、高安全要求的特點。下面以北京與上海的城市軌道交通為例,對架空剛性供電與第三接觸軌的供電方式深度的探討與分析:
1、從建設成本角度看,由于北京從上世紀60年代便開始建設地鐵,采用明挖隧道的方式建造,限于當時的政治經(jīng)濟環(huán)境,采用鋪設第三軌的方案,其建設成本更加低廉,施工難度較小,對隧道高度的要求較低。而觸網(wǎng)零部件較多,架設也比較復雜,成本較高。上海由于多為軟土、粉土的地質(zhì)條件,采用盾構挖掘隧道,隧道高度對成本影響不大。如今,隨著鋼鋁復合軌的使用,電阻率更低,牽引網(wǎng)損耗較小,供電距離更長,需要建設牽引變電所的數(shù)目減少,建設成本也就愈發(fā)低廉。
2、從維護成本角度看,由于第三軌就鋪設在軌道上,不需要高架觸網(wǎng)的軌道車便可方便地檢修和維護。另外,從實際運營情況來看,第三軌的磨損也較小,壽命更長,維護次數(shù)少,因此第三軌的維護成本較低。而架空接觸網(wǎng)零部件較多,導致可靠性較低,需要頻繁維護,且維護時需要軌道車,維護成本較高。有了先前的運營經(jīng)驗,北京繼續(xù)采用第三軌的格局便逐漸成型了。
3、從行車角度看,由于集電靴在高速行駛時難以抓緊第三軌,因此采用第三軌供電的地鐵最高速度較低。此外,在遇到岔路時,第三軌不可避免的中斷,若集電裝置無法和第三軌接觸,則會出現(xiàn)失電的狀況。觸網(wǎng)供電則不存在以上兩種問題。此外,帶電軌道的電壓不能太高,否則電流會在路軌間形成電弧,需要每隔一段距離建設一個電站。北京第三軌的電壓為750V,而上海的架空接觸網(wǎng)為1500V,因此第三軌不易牽引載重較大的列車。上海從1號線開始,考慮到客流較大,延續(xù)了功率較大的1500V架空線方案。
4、從安全角度看,由于第三軌直接暴露在軌道上,存在觸電致死的危險。若有導電物質(zhì)墜落,造成金屬短路會影響車輛運行和人身安全,因此必須在站臺安裝屏蔽門。北京地鐵為第三軌安裝了防護罩。在維護檢修時,必須切斷第三軌供電。架空觸網(wǎng)則不存在這個問題,上海地鐵早期,站臺甚至沒有屏蔽門。
5、從環(huán)境角度看,由于上海氣候常年潮濕,若采用第三軌供電,容易因雨水等出現(xiàn)金屬短路、腐蝕軌道等情況。北京也有雪天,但主要影響的是地面/高架線路。架空接觸網(wǎng)也有缺點,地面/高架線路在大風天氣下,容易因異物纏繞線網(wǎng)導致停運,因此上海的16號線采用了第三軌的方案。這些是環(huán)境對供電軌的影響,反過來,供電軌也會對環(huán)境造成影響。
6、從雜散電流看,第三軌供電方式由于走行軌與大地之間的過渡電阻產(chǎn)生的電流迷失較觸網(wǎng)更大,對地下管道或建筑物的腐蝕會更強一些。
7、 從視覺效果看,第三軌低位布置,要比架空線美觀了。