高继涛
西安市轨道交通集团有限公司运营分公司 陕西西安 710016
摘要：在轨道交通中，电力发挥着至关重要的作用，随着轨道交通事业的快速发展，轨道交通的相关技术也要与轨道交通事业的发展速度持平，必要时也需领先于轨道交通事业的发展，为轨道交通事业的发展提供保障。另外在轨道交通的相关技术的使用时，也要按照轨道交通的实际情况和特点进行选择，并做好相关的制度及保障工作，保证轨道运输工作能够顺利地开展。
关键词：城市轨道交通；供电接触网类型；比较
在世界各地的轨道交通供电中，电压一般都处于DC600V至1500V之间，国际电工委员会拟定的电压标准为600V、750V及1500V三类。在我国，我国的电压标准为DC7150V及DC1500V两类。现阶段，随着社会经济的不断发展，我国很多地区都在筹备快速轨道交通建设，在此过程中，首先要解决的问题就是采取哪一种供电形式最为适宜，这涉及供电质量、供电系统的技术经济指标、供电半径、城市交通线网的规划站距、运输规模、车辆形式等。另外，在此过程中还要注意以各地区不同的要求和条件为基础，进行综合判断和选择。基于此，本文将分别从不同的运营要求、规模、特点进行比较[1]。
1.城市轨道接触网的类型
（1）架空式接触网
城市轨道交通接触网中一种常见的类型就是架空式，这种方式的接触网还可大致分为三类，分别为钢体悬挂、链接悬挂和简单悬挂。不同种类的接触网所需电线的数量以及粗细都各不相同。在城市轨道交通中，城轨列车的速度、用电量以及轨道周围的环境等因素决定着交通网的悬挂方式。比如说简单的悬挂方式，显著的特点就是搭建方式简单，支架的高度较低，缺点是能承受的电量幅度有限，张驰度较大。这种方式的悬挂造价低，且施工简单，后期维修方便，多应用于有轨电车。链形悬挂的特点是接触点连接着悬挂点，所以在整条轨道内接触线和轨道间的距离能够保持一致。接触线有承力索支撑，使得其悬挂线的整体弹性都比较均匀。其不足之处是比简单悬挂结构复杂，造价成本较高，施工复杂，后期维修难度大[2]。城轨一般时速都有限制，相比于链形悬挂，大多数都会选用简单悬挂方式。而刚性悬挂方式更不会轻易被选用，因为刚性悬挂可以视为刚性接触网，缺少了柔性。
（2）三轨接触网
三轨接触网是附加于接触轨的线路，电车与第三轨道接触进而获取电能。其电流大小根据不同的标准而不同，接触形势有两种，分为上接触式和下接触式。其中上接触式的组成部分有保护组织，绝缘板、防护夹板、接触轨等。这种接触方式的受流器就收的电流较为平稳，还能减轻电流的冲击。其优点是施工简单，可安装不同形式的支架以及防护板。下接触式是安装在底座，轨头朝下，这样安装的特点是将防护板按于接触轨上，大大提升了安全性能，还能防止因冰雪天气导致电流传输受阻的问题，但不足的地方是这种方式的安装施工复杂，造价成本极高，且只能为侧面接轨的方式，需从第三轨道接收电流[3]。
2.不同接触方式特点的比较
（1）安全性
不管是架空式接触网还是三轨接触网，安全性都是放在第一位的。根据以往发生触电事故的情况来看，这两种方式出现的此类问题一般都是在车辆运用维修与电网维护人员方面。从地面交通的角度来看，在市区平交运行的轻轨、有轨电车比较适合采用架空式接触网，因为遇见牵引网压等级较高的情况，为了保证安全及保证绝缘距离，采用架空式接触网比较科学。在封闭运行的轻轨、城市铁路采用架空线或三轨接触网都能确保其安全，但是一旦事故发生，在对乘客进行疏散时架空式接触网更能带给乘客安全感。
（2）经济性
随着轨道交通相关技术的不断发展，也带动了电工材料及输变电技术的进步，直流牵引输电电压呈逐年增高趋势。伦敦在1893年来通地铁、纽约在1904年开通地铁分别采用了DC6030V及DC625V的直流供电，三轨受流形式；莫斯科在1935年开通的地铁采用的是DC825V，第三轨受电[4]。罗马在1955年开通的地铁采用了1500V直流架空线输电。自1960年以后，日本的电气铁路与地铁大致相同，基本采用了DC1500V架空接触网制式。基于以上情况，从建设的费用方面来看，750V三轨授流与1500V直流架电网输电相比较为浪费。不难看出，提高输电电压，能相对应的降低电能消耗，缩减变电站数量，节省电力设备的费用。电压提高一倍，相同功率的电能输送距离也能够相应的提高一倍。1500V供电系统变电站间距通常为3.5至4千米；750V供电系统变电站间距1500V供电系统变电站较短，通常是1.5至2千米，所以在同一条线路采用1500V输电，如果电站配置合理，可以比750V少建近二分之一的变电站，供电设施仅相当750V三轨授流的70%，合理节省了开支和资源。与此同时，采用1500V制式，在相同功率电动车辆中，因为电流的降低，电器设备的重量与体积也相对应的减小了，电站直流开关等设备也不例外[5]。但是，对于地铁及横断面相同的车辆，采用架空线的车辆及地铁，其隧道半径要大于三轨受电的车辆或地铁，建筑费用也随之增加。
在维修的角度来看，架空式接触网要定期定时进行检查、保养及维护，洞内维修作业需要特制的接触网用于车辆检查，但是这种维修方式费用较高、维修用品消耗较大，而三轨接触网的维护则较为简便。
从输电效率角度来看，因为电流平方与线路的损耗成正比，虽然采用辅助馈电线在一定程度上减小了线路的阻抗，但是DC750V的输电明显高于DC1500V输电且效率更低。1500V电压变化率更小，电能质量较高，并且由于杂散电流要小一般，有助于减小腐蚀和损坏地下金属建筑物。
（3）适应性
架空式接触网需要有支柱进行支撑，支持悬挂接触网要求安装横跨或腕臂，横跨由横向承力索、金属桁架和上下定位绳构成。在城市中间密布电线网和支架十分影响市容市貌。所以，设计师在对城市中间布电线网和支架之前要进行科学地设计和规划；对于三轨接触网来说，接触轨位置较低，没有横向承力索、金属桁架和上下定位绳等大型的部件，不会对市容市貌造成影响，这也是有些国家选择三轨接触网的原因。从架空式接触网和三轨接触网的应用比例来看，地铁采用三轨接触网多于架空式接触网。但是随着社会的发展和科技的进步，架空式接触网逐渐取代了三轨接触网[6]。
（4）传输功率与速度水平
在同等条件下，较高电压能够传输较大的功率。DC750V与DC1500V相比，DC1500V能够适应更大的电动车辆，也能达到更高的速度水准，如果粘着允许，也能相应的提高加速度。对于单向最大断面客流量在五万次每小时的水平及以下水平，适宜采用DC750V接触轨；对于单向最大断面客流量大于五万次每小时的水平，则适宜采用DC1500V的架空式接触网。另外，在适应速度方面，架空式接触网简单链型悬挂能够实现200km/h的高速运行；弹性简单悬挂适应速度可以达到120km/h；刚性悬挂能够实现160km/h的实验速度。DC750V三轨接触网与DC1500V的架空式接触网相比，一般仅用于100km/h以下的线路。仅有美国旧金山的海湾区快轨电压为DC1000V，最高速度达到了128km/h。
3.选择接触网是需要注意的关系
在城市轨道交通供电接触网类型的选择上，特别需要注意的是要以城市实际的发展情况和未来的发展规划作为选择中首要考虑的问题，坚持技术先进、经济合理、资源科学、适合城市历史现状和未来规划的原则，合理对城市轨道交通供电接触网类型进行选择。
（1）适合城市历史现状和未来规划的关系
每一座城市都有其特殊的历史特点，在城市的发展中，怎样保护城市的历史特点和历史风貌，是现阶段城市规划中最需要重视的问题。基于此，以北京这座极具历史文化气息，城市化进程发展较快的城市来说，为有效保护北京的历史特点和历史风貌，就应该避免在城市内环修建地铁，与此同时，在城市轨道交通供电接触网类型的选择上，适合选用三轨接触网，第一，选择三轨接触网有效避免了轨道上方出现复杂错乱的线网情况；第二，选择三轨接触网可以与原地铁系统相匹配。
另外，在城市轨道交通供电接触网类型的选择过程中，经常会受到已建线路的影响。以欧洲、北美这些发达地区的城市轨道建设为例，在很早之前的城市轨道交通供电接触网类型的选择上，就已经选择了三轨接触网，之后也一直沿袭了这一方式。在中国，随着社会经济的不断发展，各相对发展较快的城市已经将三轨接触网改为了架空式接触网，后续在线路的选择上也就延续了DC1500V的架空式接触网形式。这样的选择不仅在系统的拓展性、一致性和运营维护方面起到了实际意义，还利于设备的替换。与此同时，随着城市规模的不断扩大，根据实际情况而采用两种接触网制式的情况也普遍存在。以天津为例，天津的城市轨道建设虽然大多采用DC750V制式，但是在建设滨海快速轨道交通的过程中，因为其线路长、站间距过大、车速快，就采用了DC1500的架空接触网制式。所以基于以上实例不难看出，在城市轨道交通供电接触网类型的选择上，以适合城市历史现状和未来规划的关系作为重要的考虑因素是城市未来发展方向必然的要求。
（2）成熟技术与前瞻性技术的关系
城市轨道交通建设要以选择成熟的技术为基础，并且根据城市未来的发展方向，在技术的选择上要具有一定的前瞻性。柔性悬挂挂接触网与三轨是接触网被广泛应用于各个城市的城市轨道交通建设中，在我国已经属于较为成熟的技术，能够满足正常的行车要求。随着社会科技的不断进行和发展，新技术、新材料的出现也促进了架空式挂接触网与三轨式接触网的发展。其中，在架空式挂接触网的使用中，技术就需要具备一定的前瞻性，不是所有的城市轨道交通建设都要采用柔性悬挂挂接触网，如地铁隧道一般采用刚性悬挂接触网，因为刚性悬挂接触网不仅可以减小隧道的净空，并且其汇流排载流面积较大，另外，刚性悬挂接触网的触线具有较强的耐磨性特点，使用周期长，无张力，避免在车辆行驶中出现断线事故，安全性和可靠性都有优于柔性悬挂接触网，在一定程度上加少了维修和保养的工作周期。另外，钢铝复合这种新材料用作接触轨，也打破了传统接触轨的局限性，弥补了三轨式接触网在技术上方面的缺失，有效扩大了三轨式接触网的应用范围，促进了三轨式接触网的发展。
综上所述，不管是在城市轨道交通供电接触网的选择中应用架空式接触网还是三轨接触网，都要根据不同城市的实际轨道交通情况及特点进行选择，架空式接触网和三轨接触网都是现阶段时效性强、可利用的牵引接触网形式，都有其优势。但是，站在城市发展的角度来看，采用1500V电压供电及架空式触网更适合促进城市的可持续发展，减轻轨道交通负担，符合保护旧城、开发新城的城市发展战略。
参考文献：
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[6]汪耀光. 浅析可视化直流接地装置在地铁接触网的应用[J]. 汽车世界, 2020, 000（003）:P.1-1.
作者简介：高继涛，1986年7月21日，男，陕西西安，汉，本科，城规接触网检修技术人员，西安市轨道交通集团有限公司运营分公司，研究方向:城轨接触网。