DC 1 500 V接触轨应用的若干关键技术

于 喆，李业强

0 引言

自2006年广州地铁4号线第一次在国内采用DC 1 500 V接触轨授流方式之后，又广泛应用于后续的广州地铁5号线和6号线、深圳地铁3号线、青岛地铁3号线、无锡地铁1号线和2号线。天津地铁5号线、6号线在开展初步设计阶段就已经确定按DC 1 500 V接触轨授流方式进行牵引供电系统的设计。

本文在确定了DC 1 500 V接触轨授流方案下，重点从接触轨技术参数的确定、与车辆及建筑限界的配合、接触轨与车辆集电靴的接口配合、接触轨保证连续授流、接触轨电气分段以及提高接触轨运行的安全性等方面进行关键技术的简要论述，并提出相应建议。

1 DC 1 500 V接触轨授流方式方案的确定

目前，接触轨通常有2种授流方式，即上接触授流方式和下接触授流方式。上接触授流方式在国内有较成熟的建设和运营管理经验，但由于防护罩与接触轨表面间隙较大，在户外容易受积灰、积雪、覆冰等外界气象条件的影响，进而影响到地铁车辆的运行。下接触授流方式是欧洲目前较多采用的一种方式，与上接触授流方式相比，下接触授流方式不受积灰、积雪、覆冰等外界气象条件的影响，而且由于接触轨除接触面向下外露外，其他三面均被护罩所包围，因此极大地提高了安全可靠性。

对于新建城市轨道交通线路，由于不受既有线路不同接触轨授流方式的制约和影响，从接触轨对维护人员的安全性影响以及接触轨本身运行的安全性角度出发，一般选用下接触授流方式的设计方案，这也是目前国内外地铁与轻轨普遍选用的接触轨授流方式。

DC 1 500 V接触轨授流技术的设计方案与DC 750 V接触轨基本一致，主要区别在于电压等级的提高以及针对不同运行系统下电气参数的变化。

DC 1 500 V下部授流接触轨的构成形式如图1所示。

DC 1 500 V接触轨系统的设计主要包括以下几个方面：

（1）系统构成。接触轨系统主要由接触轨、绝缘支撑装置、膨胀接头、防爬器、防护罩和隔离开关等组成。

（2）导电轨型式。接触轨导电体及与集电靴接触体采用目前先进的钢铝复合导电轨技术。钢铝复合轨的截面根据牵引供电需求电流计算而定。

（3）安装方式。接触轨安装位置需根据车辆选型、受流器安装位置等因素确定，正线接触轨一般安装在线路行车方向的左侧，在遇到车站站台（无屏蔽门时）、道岔或紧急疏散通道时可根据工程安装条件及安全性考虑进行换边敷设。

图1 DC 1 500 V下部授流接触轨构成图

在不同轨道建筑结构区段，接触轨的安装方式应与道床结构形式进行配合，一般的安装方式有与加长短轨枕合架，单独架设以及独立墩等形式。各种典型安装方式如图2所示。

（4）供电分段。接触轨的供电分段主要实现接触轨电气连接及系统分区供电和维护检修的功能与需求。图3为国内某工程正线接触轨供电分段示意图。

（5）车辆段与停车场。接触轨在车辆段、停车场的安装位置及方式与正线基本一致，主要不同之处是在停车列检库与定临修库内需要根据车辆检修工艺的要求进行合理的分段与加装相应的保护措施。从供电分段上而言，车辆段与停车场股道数密集、行车交路复杂、车辆检修工艺要求严格，接触轨的供电分段设计方案就更为复杂。

图2 接触轨安装方式示意图

DC 750 V接触轨在车辆段内授流已非常成熟，而DC 1 500 V接触轨出于安全性的考虑，目前国内的设计方案还不尽统一，广州地铁4号线、5号线、6号线直接采用了架空接触网的形式以避免段场接触轨授流所带来的安全性问题；深圳地铁3号线则考虑在人员工作与活动频繁的定临修库内采用架空的移动式滑触线供电技术进行供电。

图3 国内某工程正线区段接触轨供电分段示意图

2 若干关键技术与实施建议

通过上述对DC 1 500 V接触轨授流方式的确定及简要分析，考虑到接触轨工程实施的条件，DC 1 500 V接触轨技术需要从以下几个关键技术进行设计与控制。

（1）接触轨系统参数的确定。DC 1 500 V接触轨系统的主要设计技术参数包括：钢铝复合轨技术规格及构成、空气绝缘间隙及爬电距离、接触轨安装位置、安装跨距、膨胀接头、端部弯头、中心锚结的设置及要求、道岔处断口的设置以及防护罩等技术要求。其中技术要点包括：

a.安装跨距。由于采用DC 1 500 V电压制式，钢铝复合轨的载流量与DC 750 V电压制式相比将有所降低，其截面也可以相应减小，故其单位重量也将减少。因此在设计中应重点考虑该问题，使接触轨安装跨距更加合理。

b.膨胀接头。接触轨膨胀接头的设置与接触轨随着环境温度变化及授流时的实际情况密切相关。通过多条线路的运行实际来看，如果膨胀接头不能正常伸缩，情况严重时将造成接触轨系统一定程度的损坏，进而影响机车的正常运行，因此在设计中应重点考虑该问题，对膨胀接头的设置、构造形式等技术要求进行详细论证。

c.端部弯头。接触轨端部弯头的技术参数与车辆集电靴的参数密切相关，因此在设计过程中应与车辆专业紧密配合，使端部弯头的技术参数更加合理。此外，通过多条线路的运行实际来看，接触轨端部弯头处容易出现集电靴拉弧与灼伤接触轨及防护罩的事故，因此在设计中应重点考虑该问题，尽量避免上述现象的发生。

d.道岔处断口的设置。接触轨在道岔处需设置自然断口，如果断口位置及长度等参数设置不合理，将会发生车辆集电靴与钢铝复合轨及绝缘支架等附件刮碰现象。因此在设计过程中应与车辆专业紧密配合，使道岔处断口的技术参数更加合理，避免发生事故。

（2）接触轨与建筑设备限界的配合。如果车辆集电靴的设备限界及工作要求确定后，DC 1 500 V接触轨的安装空间一般不会影响其他设备限界，从广州地铁4号线及深圳地铁3号线工程实施的经验来看，还存在差异，在引起接触轨与车辆之间的限界配合上应特别注意，主要是保证运行车辆的集电靴不与接触轨设施之间发生冲突。

一般来说，接触轨低位安装对建筑限界的影响很小，但在圆形隧道减震道床区段受到排水坡等影响，使得接触轨的安装空间受到制约，因此需要在设计中提出特殊地段接触轨安装方案。此外，接触轨在紧急疏散平台及通道、信号道岔设备等处容易发生安装限界上的冲突。

（3）接触轨与车辆集电靴的配合。目前，适应DC 1 500 V运行的B型旋转电机车辆尚未正式投入运营，深圳地铁3号线计划于2010年底通车，但在工程实施中，除上述限界的配合之外，还需要考虑不同车辆编组形式、车辆集电靴的分布及电气连接情况对接触轨布置和实际运行的影响。这也是接触轨设计和工程实施中需要重点关注的问题。

（4）保证车辆连续受电。在与车辆集电靴设备限界及电气要求配合实现后，考虑到接触轨需要在道岔处、人防隔断门、牵引变电所等处设置断口，尤其是在连续道岔处，如果接触轨的断口设置不当，与车辆之间的配合发生差异，则会发生车辆失电现象。该问题在设计和工程实施中需要重点考虑，以避免发生车辆失电现象。

（5）接触轨电气分段的设置。接触轨电气分段主要取决于接触轨断口的设置方式，目前国内有2种设置方式：一是大断口模式，如北京地铁；二是短三轨小断口方式，如天津与武汉地铁。2种方式各有优劣，在设计过程中应结合车辆编组形式、车辆集电靴的分布及电气连接情况，确定合理的断口形式。

（6）车辆段提高安全性及维护管理的建议。采用DC 1 500 V接触轨在地面线路，尤其是车辆段与停车场人员频繁活动与工作的区域，其安全性显得尤为重要。目前广州地铁在车辆段内直接应用架空接触网的方案避免上述问题；深圳地铁3号线则选择了只在定临修库内架设滑触线方式的移动式供电方式。两者均需要车辆配置相应的取电转换装置，相对于架空接触网模式，移动式供电技术影响较小，可以考虑在车辆段库房内采用。但对库外人员容易接触到的区域，则需要采用积极的技术与管理措施来保证DC 1 500 V接触轨运行中对人身安全的影响。

3 结论与建议

通过以上对DC 1 500 V接触轨授流方式技术方案的确定和几项关键技术的论述，应当说，DC 1 500 V接触轨授流方式与DC 750 V接触轨授流方式基本相同，重点是要考虑2种牵引供电制式下电压变化及由此带来的运行可靠性及安全性要求的差异。同时，DC 1 500 V接触轨在设备限界，尤其需要注意与车辆集电靴的配合，尽量减少断口设置数量，以保证车辆受电的连续性。在提高安全可靠性方面，需要在人员活动频繁处设置远离操作人员的其他供电方式。