车辆段接触轨和架空柔性系统比较分析

张海峰

（中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600）

0 引言

目前国内采用DC1500V钢铝复合接触轨系统有两种方案：a）正线和车辆段、停车场均采用DC1500V 钢铝复合接触轨系统；b）正线采用DC1500V钢铝复合接触轨，车辆段、停车场采用DC1500V架空接触网系统。两种方案对变电所的布局没有影响，区别在于车辆段采用接触轨系统还是架空接触网系统。

车辆段采用接触轨和架空柔性悬挂，技术都已经很成熟，在国内外各大城市轨道交通中得到普遍的实施。如北京地铁1、2、5、10、13号线和在建的各地铁项目采用DC750 接触轨系统，广州M1、M2、M3和天津、武汉等诸多城市均采用车辆段内接触轨系统；重庆、长春、宁波、郑州、广州M4、M5、M6和上海地铁投入运营线路M1线、M2线、明珠线一期、辛闵线、共和新路线，以及在建线路明珠线二期、M7 线、M8线、L4线、M9线、M2线西延线、M3线北延线等项目车辆段均采用DC1500V 架空柔性悬挂系统。

对于在DC1500V条件下车辆段采用接触轨系统还是架空柔性系统的问题，近年来很多接触网专业的专家进行了相应的比较研究，取得了很多成果。在此笔者从技术、经济、国产化和维管等方面就车辆段内采用接触轨还是架空柔性悬挂方式进行比较分析，以起到抛砖引玉的作用。

1 系统基础条件

系统电压为DC1500V；接触轨系统为采用上部或下部授流方式，全线设置防护罩，钢铝复合接触轨的载流量为3 000A，电阻为0.008Ω/m；架空接触网系统在车辆段采用柔性简单链形悬挂，银铜导线CHAH120，电阻为0.024Ω/m。

2 技术数据比较

2.1 结构形式

DC1500V接触轨上、下部授流方式结构简单。遮挡雨雪、避免尘屑的条件也优于架空接触网形式，受气候条件的影响也小，能确保牵引网系统的安全可靠运行。而且维护人员不需清理接触轨表面，维修工作量小，便于运营维护（见图1）。

柔性架空接触网的结构复杂，即使车辆段采用简单链形悬挂，它的结构形式依然比接触轨授流方式复杂（见图2）。

2.2 供电可靠性

DC1500V接触轨下部授流方式结构简单，接触轨被防护罩三面防护，能遮挡雨雪、避免尘屑，受气候条件的影响也小，能确保牵引网系统的安全可靠运行。

柔性架空接触网受气候影响较大，特别是大雪和大风。但是在接触网的设计过程中应考虑气候对接触网的影响，因此架空接触网也可以确保牵引网系统的安全可靠运行。只是由于架空接触网的结构复杂，发生故障的几率会高于采用接触轨的系统。

2.3 牵引网电压和走行轨电位

接触轨的电阻为0.008Ω/m，而柔性简单链形悬挂架空接触网的电阻为0.024Ω/m，采用接触轨的压降比采用架空接触网的系统压降少。但由于两种系统的馈线电流相同，因此走行轨电位也相同。

2.4 牵引网能耗

由于采用接触轨的系统阻抗小，因此在馈线电流相同的情况下，牵引网的能耗小于采用架空接触网。

2.5 电磁影响

图1 接触轨授流

图2 架空接触网

采用DC1500V供电，无论是接触轨还是架空接触网，牵引网对城市轨道交通之外的金属导体和电器设备的电磁影响都很小，可以忽略不计。

2.6 使用寿命

接触轨形式的牵引网使用设备坚固、寿命较长。根据国内外资料显示，接触轨设备（不包括车辆的受电装置）一般可使用100年。如果采用钢铝复合轨，其寿命由不锈钢带的寿命来决定。不锈钢带铬含量一般为12%～17%，具有极佳的耐磨性。在旧金山耐磨实验中，受流器通过60万次，损耗0.025mm；在温 哥华90万次耐磨实验中，损耗0.039mm；在柏林87万次耐磨实验中，损耗0.03mm；在布拉格65万次耐磨实验中，损耗0.04mm。如果假定工程行车组织方案为6辆编组，4动2拖；行车密度2min；全日开行列车数265对，按拖车带授流器的情况计算，每年的磨耗约为96.7万次。由上述各地耐磨实验的数据推算，在受流器每年通过100万次的情况下，50年损耗约为2.3mm，按钢带磨耗4mm计算，钢铝复合轨寿命约为88年。

柔性架空接触网在800弓架次/天通过时的寿命一般为15～20年。

3 安全防护方面

3.1 接触轨系统

DC1500V接触轨都是沿电动列车行驶线路的地面安装敷设，采用上、下部授流接触方式，接触轨被防护罩防护。防护罩设计合理、结构坚固、颜色醒目，对带电接触轨的防护性能好，带电接触轨不容易被无意识地碰触到，能确保人身安全。因此，如果不是有意触摸，接触轨受电方式是不会产生触电伤人事故的。

但由于在车辆段内设有各种维护检修工区，运营维护人员较多，使得采用DC1500V接触轨带来的不安全因素依然存在，已成为1 500V接触轨的最大弱点。

3.2 架空柔性接触网系统

柔性悬挂为架空悬挂方式，车辆段内各专业维护检修人员进行检修作业区无需断电就可完成检修、维护工作。提高了维护管理效率，减少了人员触电事故。

在安全防护方面车辆段采用DC1500V接触轨时，必须将带电区进行隔离，只有停电后才允许进行检修。而架空柔性悬挂则无需断电便可进行维护、检修作业。

4 运营维护

接触轨系统本身的维修维护的工作量较小，主要是调整接触轨静态几何尺寸、擦拭绝缘子、整修托架、紧固螺栓等只须人工作业的维修内容。检测的方法为目测和工具，工具为普通的量尺，无需配置专用车辆。维修时间的安排上也无须中断正常的运营，只是利用停运后的3～4h的时间就可以了。架空接触网的维修维护工作量比接触轨要大。

5 设备费用

按中等规模车辆段采用DC750或DC1500V接触轨为8km，单线公里170万元；采用DC1500V架空接触网为8.8km，单线公里130 万元计，则采用DC1500V接触轨的费用比采用架空接触网费用高216万元。

6 国产化

DC1500V系统下无论是接触轨还是架空柔性悬挂，目前设备器材都实现了国产化。接触轨中的钢铝复合轨的国产化已跨入了新的阶段。广州地铁四号线DC1500V钢铝复合接触轨由中铁电气化工程局宝鸡器材厂生产供货，北京地铁十号线一期由南京赛彤（与西门子（中国）公司合作）供货。对于玻璃钢防护罩、防护罩支架等零部件国内均有生产加工能力。架空接触网系统线材、零部件亦实现了国产化。

7 结语

从以上讨论可以看出，车辆段采用DC1500V接触轨还是架空接触网在技术上不是问题。从经济角度看接触轨投资略高于接触网，但从长期的运营角度看，采用接触轨系统，更经济；从安全性上看，采用接触轨系统略低于架空接触网，但采用接触轨系统的车辆段必须对供电区域进行划分，严格按规程操作，安全性还是有保证的。