浅谈城市轨道交通车辆受流方式

浅谈城市轨道交通车辆受流方式摘要：介绍接触网和三轨两种车辆受流方式的优缺点和工作原理，从供电方式和城轨车辆两个方面，电压、能耗、可靠性、检修、人身安全和工程造价多个角度，全面对比两种不同受流方式的优缺点，为城轨车辆受流方式选择提供理论参考。关键词：能耗检修可靠性一、概述城市轨道交通车辆通过受流器与接触导线（接触网或三轨）滑动接触，从供电电网吸收电能。受流器是车辆与固定供电装置之间唯一电连接环节。城市轨道交通常用的受流装置包括受电弓和受流器两种。二、城轨供电电压选择城市轨道交通一般采用直流供电系统，目前世界各国城市轨道交通供电电压大多为DC600V~DC3000V。我国城市轨道交通供电系统标准电压等级包括DC750V和DV1500V两种,与国际电工委员会推荐的电压等级保持一致。电压等级为DC750V的供电系统，采用三轨与受流器接触的方式受流，北京、天津地铁多采用此供电方式。DC1500V多采用接触网与受电弓接触的方式受流，广州地铁1、2、3号线和深圳地铁1号线等采用此供电方式。也有少量DC1500V采用三轨与受流器接触的方式受流，如广州地铁5、6号线。三、供电电压与能耗变电所电源功率基本上是不变的。由P=UI可知，电压越高，电流越小。Q=I2Rt可知，电流越小电路损耗越小，电能损失越小。由U=U0-IR可知，电路电阻一定，电流越小，线路电压损失越小。由此可知，DC1500V供电电压较DC750V供电电压，电能损失小，节省电能；电压损失减小，变电所供电臂长度增加，可以适当减少变电所数量，降低建造成本。四、两种供电受流装置特点受流装置作为车辆与供电系统唯一的电气连接环节，保证列车正常运营过程中起着至关重要的作用，下面以应用较多的DC750V三轨与受流器和DC1500V受电弓与接触网受流方式为例，比较一下两种受流方式的特点。工作原理受流器与三轨接触后，从电网取得电流通过，依次经过碳滑靴，受流臂，熔断器后，再通过电缆线进入车辆电气系统。受电弓升弓与接触网接触后，接触网的电流首先由滑板流入受电弓弓头，然后依次经过上支架、下支架后流入底架，通过车顶母线进入车辆电气系统。组成与分类受流器按受流方式不同分为三轨下部受流器、三轨上部受流器、三轨侧部受流器（多用于矿山，在城轨交通很少应用）。主要部件由绝缘板、回位机构、摆臂、电缆线、熔断器等组成，具有回位与锁定功能，保证受流器与三轨接触良好。受电弓按升弓方式和弓头单双分为单弓头电子升弓、双弓头电子升弓、单弓头气压升弓、双弓头气压升弓。主要部件由底座、下支架、上支架、耦合杆、弓头、平行导杆、升弓机构、减震器、绝缘子、电子升弓装置（或气压升弓装置）等组成，具有锁定和自动降弓功能，保证受电弓与接触网接触良好。车辆编组受流器DC750V多采用ＴＣ－Ｍ－Ｍ１－Ｔ－Ｍ－ＴＣ编组方式，其中ＴＣ为带司机室拖车，M为动车，T为不带司机室拖车，一般在ＴＣ和M上装有受流器，数量多为16个。受电弓DC1500V多采用ＴＣ－ＭＰ－Ｍ－Ｍ－ＭＰ－ＴＣ编组方式，其中ＴＣ为带司机室拖车，ＭＰ为带受电弓动车，M为不带受电弓动车，受电弓数量为2个。4、再生能量的利用问题 再生能源利用不论对于制动系统还是能源利用都是有利的，有效利用再生制动能源必须满足：再生制动能量返回电网供本列车辅助供电系统消耗或供给同一供电区段上列车牵引或辅助供电使用。DC1500V供电系统供电区段较DC750V长一倍多，同一供电区段上运行车辆多，再生制动能量利用率高，节省能源。DC750V供电系统也可以通过一些方法解决此问题例如加大发车密度，减小列车编组等。三轨供电虽变电所间距较近，再生能量的利用问题，也是可以解决的。5、供电可靠性第三轨在道岔和电分段处必须设断口，车辆集电靴在接触轨断口处不可避免地要有电流冲击而产生电弧和火花，第三轨断口处的电流冲击造成车辆取流不平稳，减少车辆用电设备的使用寿命，并对列车运行速度有一定影响。 架空接触网在道岔处和电分段处是连续的，车辆受电弓始终是平滑的取流，现代技术使得受电弓相对接触网的离线率非常小，允许列车运行速度较高。6、检修问题             三轨作业面较低，其施工安装都比较方便，运营维护也比较简单、费用也低；而架空网作业面较高，其施工安装调整都比较复杂，且运营维护工作量较大、费用也高 。车辆专业列检需要检修平台，检修时应进行：1、定期压力测试外，保证受电弓与接触网接触良好，避免造成拉弧或接触网过度损耗；2、连接处短接线接触良好，避免电流通过轴承，造成电腐蚀而损坏；3、绝缘子需要定期测试，避免高压接地。柔性接触网维修需要检查接触网高度与张力，保证接触网接触良好，避免造成拉弧或接触网过度损耗，保证解除与定位装置固定良好，防止过断电区接触网交叉区域，造成“刮弓”，对运营造成大的经济损失。刚性接触网的出现一定程度上解决了柔性接触网与三轨的问题，解决了柔性接触网维护难度大，三轨安全性较低问题，但也存在三轨断电区类似问题。同时柔性接触网国内自行生产且技术成熟，造价低；刚性接触网，需要进口造价高，关键设备返修周期长。7、 杂散电流与人身安全问题直流1500伏架空网和直流750伏三轨相比，由于牵引网供电电压的提高，在相同的线路条件及规范允许的线网电压损失情况下，杂散电流的瞬时值将减小，有利于其腐蚀防护。但是，走行轨作为回流线路与变电所负极连接，由于有电阻存在，在大运量大牵引的时候，直流1500伏系统下电压有可能超过规定的人体安全电压值。由于第三轨临近地面，与人身发生接触而导致触电的可能性较大。 国内外长期的运行经验表明，当列车内发生突发事故，需要紧急疏散旅客时，在不能马上切断电源的情况下，大量的旅客涌上线路，这是非常危险的。在事故状态下，架空接触网方式可以通过降弓使车辆脱离电源。就疏散通道是否畅通而言，三轨方式下会给快速疏散乘客带来一定的影响。8、界限问题对于（明挖）矩形隧道结构断面，三轨方式明显比架空网方式所需的净空低，但三轨必须与其他交通隔离运行，接触网则无此必须要求。对于（暗挖）马蹄形隧道结构断面，基本和矩形隧道结构断面一样，决定隧道结构断面宽度的是车辆限界及电缆等设备敷设（安装）所占用的设备限界，而不是三轨；而对于架空网方式，只要拱顶至车顶的自然净空能满足架空网结构高度的要求，那么也不会使断面特殊增加高度，较三轨隧道高度略有增加。五、综述由上述分析可知，DC1500接触网受流方式较DC750V具有节省电能，降低变电所建设成本，增强人身安全的优点，但是接触网与三轨相比增加了维护工作量。由于存在上述优缺点，广州地铁4号线采用“三轨+接触网”的供电模式，具有两方面的优点，但列车需要增加三轨与接触网转换电路，使列车电路更为复杂，电气故障点增加。具体采用哪种供电受流方式，需要根据实际情况，权衡各种利弊，做出正确合理选择。参考文献：【1】万连录，吴积钦，韩峰.受电弓—受流靴受流方式转换的研究【J】.《都市快轨交通》，,2006(04)【2】蒋晓东，夏鸿飞.采用1500V第三轨受流的地铁车辆在车辆段的受流分析【J】.机车电传动，2010(04)【3】于万聚.高速电气化铁路接触网【M】.成都：西南交通大学，2003年：134