接触网与第三轨(2)

2018-11-24 17:20

装在转向架下部,接触轨装在轨道梁上。

图4 三轨装配图

1.2.4 三轨材料的进步

三轨用导电率较高的铁轨制成(一般国内使用的材料为05Al)。近几年来随着复合材料的发展,由不锈钢与铝合金通过机械方法或冶金结合方法加工而成的钢铝复合接触轨(见图5)已取代低碳钢接触轨,被世界上60多个城市采用。钢铝复合轨与低碳钢接触轨相比具有以下优势:

图5 钢铝复合轨断面

① 电导率高,电压降及牵引能耗成比例下降,因此可加大供电距离约1.4倍,适当减少牵引变电站的数目。虽然目前钢铝导电轨还只能进口,成本比铁轨要贵3倍,但是节省下来的牵引变电站投资与接触轨增加的费用基本相抵,而且由于线路损耗降低,按20km长的线路计,仅靠节电一项,5年可收回多投的资金。

②不锈钢接触面光滑,耐腐蚀,耐磨耗,可延长接触轨

与受流器的寿命。

③重量轻,便于施工安装。正因为钢铝复合轨有以上优势,新上项目采用钢铝复合轨已成为趋势。我国不少城市的轨道 交通项目正准备使用钢铝复合轨方式。

2 不同接触方式的特点比较

2.1 安全性

无论架空式接触网还是三轨接触网,其安全性都是无容置疑的。从发生触电事故的情况看,两种方式都有且主要发生在车辆运用维修与电网维护人员。从地面交通的角度来看,在市区平交运行的有轨电车或轻轨车宜采用架空接触网;牵引网压等级较高时,为了安全和保证一定的绝缘距离,也宜采用架空网。而封闭运行的城市铁路或轻轨采用架空线或第三轨都完全 能保证安全;在发生事故疏散乘客时架空式接触网将给人们更多的安全感。

2.2 经济性

从技术发展历史来看,由于电工材料和输变电技术的进

步,直流牵引输电电压呈增高趋势。1863年开通的伦敦地铁和1904年开通的纽约地铁分别采用了DC 630V和DC 625V直流供电,三轨授流方式;1935年开通的莫斯科地铁采用的是DC 825?V(相当DC 750V),第三轨授电。1955年开通的罗马地铁首先采用了1500 V直流架空线输电。1960年以后,日本的地铁与电气铁路一致,基本上都采用了DC 1500V架空接触网的制式。

从建设费用来看,1500V直流架空网输电比750V三轨授流经济。提高输电电压,可以相应地减少电能损耗,减少变电站的数量,降低电力设备费用。电压提高一倍,同样功率的电能输送距离可以提高近一倍。750V供电系统变电站间距较短,一般为1.5~2km,而1500V供电系统变电站间距可达3.5~4km。因此同一条线路采用1500V输电,如果电站配置得当,比750V可以少建近一半变电站,供电设施大约只相当750V三轨授流的70%左右。而且采用1500V制式后,同功率电动车辆由于电流的降低,电器设备也可以相应地减小体积与重量。电站直流开关等设备也如此。但是对于地铁,横断面相同的车辆,采用架空线的其隧道半径(或矩形隧道高度)要比采用三轨授电的大,施工土方量增加,土建费用增加约14%。

从维修的角度来看,架空式接触网要定期进行检查维护,洞内维修作业需要专用的接触网检查车,维修周期短、费用高、备品备件需要量大。而接触轨维护简单。从北京地铁运营30年的实践来看,因为三轨与受电靴接触面大,第三轨的磨耗极小。据粗略地调查,运行30年,第三轨的上端面磨耗只有约4~5mm,基本上可以做到无维修或少维修化,因而也就相应减少了维修费用。此外,受流器结构简单,维修方便。受流器滑靴各国基本上都采用黑色金属,成本低。由于历史原因,北京地铁受流器滑靴是采用铜基材料,现正在试验铁质滑靴,推广后会进一步降低耗材成本。

从输电效率讲,因为线路损耗是与电流平方成正比的,尽管可以设辅助馈电线来减少线路阻抗,但DC 1500V输电显然比DC 750V损耗小、效率高。1500 V电压变化率较小,电能质量较好,且由于杂散电流要小一半,有利于减少对地下金属建筑物的腐蚀。

2.3 城市环境的适应性

架空式接触网需要架设支柱,支持悬挂接触网要安装腕臂或横跨,横跨由金属桁架或横向承力索、上下定位绳组成。在城市中间密布支架和电线网,影响市容,有碍观瞻。当然

通过巧妙的规划设计可以减少不利影响。而三轨授电,接触轨位置低,没有明显的高大部件(如立柱、横向承力索、金属桁架等),城市景观好,对电磁污染较易采取防护措施。这也是国内外 某些城市轨道交通采用三轨受电方式的原因之一。从两大类接触网的应用比例来看,目前地铁采用三轨授电的城市仍比采用架空接触网的多。但是随着城市规模的扩大及技术的发展, 采用1500V架空接触网的呈上升趋势,且已有DC3000V系统出现。

2.4 传输功率与速度水平

较高的电压在同等条件下能够传输较大的功率。DC 1500V比DC 750V显然能够适应更大功率的电动车辆,也能达到更高的速度水平,在粘着允许的情况下加速度也能相应提高。对于单向最大断面客流量在每小时5万人次及以下,宜采用DC 750V接触轨;每小时5万人次以上,则宜采用DC 1500V架空接触网。在适应速度上,架空接触网简单链形悬挂可实现200km/h的高速运行,弹性简单悬挂适应速度达120km/h;刚性悬挂已实现了160 km/h的试验速度。750V三轨授电一般只用于速度在100?km/h以下的线路。只有美国旧金山的BART(海湾区快轨)最高速度达128km/h,供电电压为DC 1000V。


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