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1、首都国际机场线下部与侧面受流方式的比较分析中铁电气化勘测设计研究院2005年11月资料仅供借鉴1. 简介首都国际机场线正线双线长26.038km，单线长2.064km。其中地下线7.31km（双线），U型槽1.25km（双线），地面线1.03km（双线），其余均为高架线，高架线双线部分16.448km，单线部分2.064km。目前首都国际机场线拟采用钢铝复合接触轨系统作为其受电系统，由牵引变电所馈出的DC750V电源供电，通过车辆受流器在接触轨上的滑动将电能持续不断地输送到机车上，以保证列车安全正常运行。由于接触轨系统是无备用的供电装置，受气象条件等影响比较大，因此，保证接触轨系统的运行可靠是
2、地铁列车安全正常运行的必要条件。接触轨受电方式最早在伦敦地铁采用，由于接触轨构造简单，安装方便，可维修性好，并对隧道建筑结构等的净空要求较低，受流性能满足DC750V供电的需要，因而在标准电压DC750V供电系统中得到广泛的采用。随着工业技术的发展，接触轨在材料选用、悬挂结构方式等方面取得长足的发展，主要体现在接触轨选用复合材料制造加工，其导电性能、耐腐蚀性能大大提高。绝缘支持和防护技术则采用了先进的整体式结构。相对于DC1500V架空接触网，DC750V三轨式牵引供电的优点是：l 三轨系统的连接安装位置可被包含在车辆限界内，对隧道截面、高架桥宽度是否拓宽无任何影响；l 故障率小，三轨和受流器
3、的检测与维修方法简单，运营维修费用低；l 三轨所产生的电磁强度最低；l 由于铝合金重量轻，可人工手动处置，安装调整简单方便；l 耐腐耐磨，使用寿命可达50年以上。接触轨系统根据受流面接触方式的不同可分为上部受流方式、下部受流方式和侧面受流方式（又称第四轨受流方式）三种。上部、下部受流方式施工、运营、维护方便，在欧洲和亚洲的许多国家的城市地铁领域得到了广泛的应用，如伦敦、柏林、慕尼黑、曼谷等等。侧面受流方式应用相对较少，在一些城市，如马来西亚、日本和伦敦地铁等得到了应用。我国地铁的建设起源于60年代初的北京地铁，当时北京采用的即为接触轨上部受流方式。70年代天津在修建地铁时，沿用了北京地铁的这一
4、受流方式。目前在建的广州地铁四号线采用下部受流方式，武汉轻轨也采用了钢铝复合接触轨下部受流；国内暂时只有在重庆较新线跨座式轻轨线路中采用了侧面受流方式。2. 下部、侧面受流方式在技术经济方面的比较分析2.1 基本结构及安装位置接触轨下部受流系统主要由钢铝复合接触轨、端部弯头、膨胀接头、鱼尾板、防爬器、电缆连接板以及防护装置中的整体绝缘支架（GRP）、防护罩、防护罩支持扣件等构成。接触轨为正极，用走行轨作为负回流。接触轨一般安装在行车方向的左侧，接触轨轨顶面至走行轨顶面的距离、接触轨中心距走行轨内侧工作面的距离依据机车型式确定。附图1、2、3是以B型车为例。接触轨侧面受流系统构成基本与下部受流系
5、统一致，主要区别在于侧面受流系统有两根钢铝复合接触轨轨，其中一根为正极，另一根作为负回流。其安装方式一般有以下三种。方式一：供电轨与回流轨并列安装在绝缘支架上，设于线路一侧。如图1所示，该方式的技术难点主要是供电轨与回流轨距离较近，发生短路的几率较分开设置的要大，且一旦短路则产生的电动力大，需要绝缘支持装置具有足够的强度，对其机械及电气性能要求较下部受流方式高。图1：四轨授流方式二是供电轨安装在线路一侧，回流轨安装在轨道中心，如图2所示。该方式不适用于线性电机系统，其回流轨安装位置与感应板安装位置冲突。图2：四轨授流方式三是供电轨与回流轨分列线路两侧，一般应用在跨座式轻轨线路中，该方式要求的横
6、向安装空间较大，不适用于机场线。当采用方式一时，回流轨一般置于牵引轨的上方，两接触轨中心至走行轨顶面的距离，两接触轨轨顶面距走行轨内侧面的距离具体根据车辆尺寸确定。（见附图4、5、6）2.2 接触轨安装形式在下部受流方式中，钢铝复合接触轨的安装采用整体绝缘支架，接触轨被夹持在整体绝缘支架的顶部绝缘块内，接触轨在支持体内处于“悬挂”状态，并可使接触轨随着温度变化自由伸缩。受流器通过其弹簧装置向接触轨受流面产生抬升力而取流。防护罩沿接触轨通过安装防护罩支持扣件架设在接触轨之上，使得接触轨自受流面以上部分均受到保护。接触轨的支持间距一般为3.255.2m，相对于其它两种受流方式要大一些。其防护罩支持
7、扣件的布置间距一般为330500mm。在侧面受流方式中，钢铝复合接触轨安装也采用整体绝缘支架。整体绝缘支架的侧面安装绝缘卡子，通过绝缘卡子卡住接触轨底部来固定接触轨。为保证受流器与接触轨受流面能平滑接触，垂直线路方向接触轨不能自由窜动，顺线路方向接触轨可随着温度变化自由伸缩。受流器通过其弹簧装置向接触轨受流面产生侧压力而取流。防护罩沿接触轨通过安装防护罩支持扣件架设在接触轨之上，扣件与接触轨支持一同安装。为减小接触轨受流方向的挠度，接触轨的支持间距一般要小于下部受流方式的支持间距。2.3 优缺点1） 在下部受流方式中，防护罩几乎能够覆盖接触轨外露部位，相对提高了人身及接触轨的安全性。由于接触轨
8、受流面向下，不易积尘埃、雪、霜等杂物，相应减少了维护工作量。下部受流通过受流器产生上抬力取流，由于接触轨采用“悬挂”式安装，理论上，上抬力减弱了接触轨的挠度，在保证接触轨挠度一定，并满足受流器取流质量要求的条件下，接触轨支持间距可相对加大。下部受流采用走行轨回流，需单独设置杂散电流防护。目前杂散电流防护技术不成熟，在设置了杂散电流防护的情况下，系统产生的杂散电流对道床的腐蚀依然较大。2） 侧面受流方式中，为保证列车安全取流，接触轨防护罩不能将接触轨完全覆盖，但由于受流面在侧面，相对而言，下接触方式更不易积尘埃、雪、霜等杂物。而且侧面受流为两根接触轨，机车上也需要两套受流器，就这一方面来说，较下
9、部受流的一根接触轨一套受流器的维护工作量更大，人身及接触轨的安全性较差。接触轨为保持良好的受流状态，要求接触轨的凸凹程度尽量小，而其支持间距尽量大。但增大支持间距的结果使得接触轨的挠度增大。理论计算和分析表明，在同一支持间距下，挠度越大，受流器的受流效果越差，适应的最高行车速度也就越低。为保持良好的受流状态，侧面受流方式采用的支持间距应该介于上部受流与下部受流方式之间，稍小于下部受流方式的支持间距。具体比较见下表：三轨下部受流和四轨受流方式经济技术比较表 序号比较类别三轨下部受流四轨受流1授流性能好较差2磨耗及寿命一致3对牵引供电系统的影响需杂散电流防护措施不需杂散电流防护措施4维护费用低较低
10、5系统稳定性和可靠性一致6安装部件国产化一致7施工难易程度简单复杂8接触轨防护安全性好一般9运营维护经验经验丰富经验较少10工程投资约159.4万元/条公里全线正线约8745万元约310万元/条公里全线正线约17007万元2.4 系统兼容性侧面受流方式通过受流器给接触轨受流面产生侧向力来取流，与北京地铁的上接触受流器给接触轨受流面产生下压力来取流的工作原理差别较大。且受流器结构迥异，若采用上接触的车辆需要在采用四轨受流的线路行车，改造受流器的工作将是非常艰难且难以实现的。2.5 经济性仅从正线费用估算对比，采用下部受流方式每条公里约为159.4万元，采用侧面受流方式每条公里约为下部受流方式的一
11、倍左右。3. 工程实施下部、侧面受流方式均可采用单独预埋接触轨支撑底座或直接安装在加长的轨枕上。1） 下部受流方式：先将接触轨绝缘支架固定在底座上，然后将接触轨安装在支架上，调整后，在接触轨上安放防护罩支持扣件，最后利用防护罩本身的自弹性将防护罩安装在接触轨上。2） 侧面受流方式：先将接触轨绝缘支架固定在底座上，然后将两根接触轨至下而上安装在支架上，调整后，在接触轨支架的防护罩支持上用防护罩支持扣件将防护罩安装在接触轨上。下部受流方式比侧面受流方式在施工要简便，在日后维修维护工作量上相应较少。4. 下部、侧面受流方式的限界在限界方面，接触轨均被包括在车辆限界范围内，侧面受流方式比下部受流方式在垂直方向略有加大，具体数据根据不同车辆尺寸而不同。5. 结论根据北京首都国际机场线的现有条件，基于以上的分析，采用接触轨下部受流方式作为接触网系统是比较适宜的。6. 附图1附图1：下部受流方式在整体道床上接触轨安装示意图2附图2：下部受流方式在碎石道床上接触轨安装示意图3附图3：下部受流方式在木枕上接触轨安装示意图4附图4：侧面受流方式在整体道床上接触轨安装示意图5附图5：侧面受流方式在碎石道床上接触轨安装示意图6附图6：侧面受流方式在木枕上接触轨安装示意图
