城市軌道交通牽引供電制式選擇

城市軌道交通牽引供電制式選擇

0牽引供電制式牽引供電系統(tǒng)是指鐵路上的電源系統(tǒng)用于為電動(dòng)汽車(chē)和電力機(jī)車(chē)提供電源的供電系統(tǒng)、電壓等級(jí)和供電方式。一個(gè)地區(qū)的軌道交通牽引供電制式影響到整個(gè)線(xiàn)路的供電設(shè)施、車(chē)輛配置、工程投資及城市景觀等諸多方面,具有十分重要的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)意義,因此,牽引供電制式是城市軌道交通線(xiàn)網(wǎng)規(guī)劃中一項(xiàng)極其重要的內(nèi)容。牽引供電系統(tǒng)的制式差別,主要包括交流或直流的選取、牽引網(wǎng)電壓、受流方式(接觸網(wǎng)或接觸軌)等。對(duì)這些要素,往往不能孤立地判斷優(yōu)劣,應(yīng)該更多地基于系統(tǒng)運(yùn)輸能力、車(chē)輛制式(配套程度)、系統(tǒng)復(fù)雜性和可靠性設(shè)備的造價(jià)和市場(chǎng)情況等因素進(jìn)行綜合考慮。1切電能供給與傳輸軌道交通供電系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著軌道交通運(yùn)行所需的一切電能的供給與傳輸,是軌道交通安全可靠運(yùn)行的重要保證。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),城市軌道交通供電系統(tǒng)可分為外部、內(nèi)部供電系統(tǒng),其構(gòu)成如下:1.1電動(dòng)汽車(chē)單網(wǎng)流電牽引變電所將三相高壓交流電變成適合電動(dòng)車(chē)輛應(yīng)用的低壓直流電,饋電線(xiàn)再將牽引變電所的直流電送到接觸網(wǎng)上,電動(dòng)車(chē)輛通過(guò)其受流器與接觸網(wǎng)的直接接觸而獲得電能。牽引供電系統(tǒng)由牽引變電站、饋電線(xiàn)、牽引接觸網(wǎng)和回流線(xiàn)等構(gòu)成。1.2動(dòng)力機(jī)械設(shè)備電源動(dòng)力照明供電系統(tǒng)提供車(chē)站和區(qū)間各類(lèi)照明、扶梯、風(fēng)機(jī)、水泵等動(dòng)力機(jī)械設(shè)備電源和通信、信號(hào)、自動(dòng)化等設(shè)備電源,由降壓變電所和動(dòng)力照明配電線(xiàn)路組成。2地鐵和輕軌的電壓制供電制式是指供電系統(tǒng)向電動(dòng)車(chē)輛或電力機(jī)車(chē)供電所采用的電流和電壓制式。電壓制由低壓到高壓,有DC600V、750V、825V、1000V、1200V和1500V等,其發(fā)展趨勢(shì)是國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)的電壓標(biāo)準(zhǔn),為DC600V、750V、1500V。我國(guó)的電壓標(biāo)準(zhǔn)為DC750V和1500V兩種,目前國(guó)內(nèi)各城市的地鐵和輕軌采用的電壓制均為DC750V或1500V。對(duì)應(yīng)這兩種供電制式,車(chē)輛的受流方式也分為接觸軌(第三軌)及接觸網(wǎng)兩種方式,其構(gòu)成如下:3比較d750v和d1500v的電壓體系3.1提高車(chē)輛的加速度能力我國(guó)的城市軌道交通牽引電壓制式無(wú)論是選用DC750V還是DC1500V,均符合國(guó)家和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。一般來(lái)說(shuō),較高的電壓在同等條件下能夠傳輸較大的功率,DC1500V比DC750V能夠適應(yīng)更大功率的電動(dòng)車(chē)輛,也能達(dá)到更高的速度水平,在粘著允許的情況下加速度也能相應(yīng)提高。DC1500V比DC750V的供電電流減少一半,電阻損耗大大減少,同時(shí),牽引供電所形成的雜散電流也相應(yīng)減少。選用哪種電壓制式,應(yīng)該綜合考慮供電系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、供電質(zhì)量、供電距離、運(yùn)輸?shù)目土髅芏鹊?并根據(jù)各城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展及城市整體規(guī)劃,綜合論證決定。國(guó)內(nèi)的上海地鐵一、二號(hào)線(xiàn),廣州地鐵一、二號(hào)線(xiàn),南京地鐵一號(hào)線(xiàn)均采用了DC1500V供電制式,而北京、天津地鐵均一直采用DC750V,直到2012年,北京地鐵才第一次將DC1500V的供電制式應(yīng)用于六號(hào)線(xiàn)上。3.2dc1500v車(chē)輛1)DC750V供電系統(tǒng)變電站間距較短,一般為1.5~2km,而DC1500V供電系統(tǒng)變電站間距可達(dá)3.5~4km。2)DC1500V供電電流減少一半,線(xiàn)路上的電阻損耗大大減少,可以節(jié)約電能并減小供電導(dǎo)線(xiàn)截面積。3)DC1500V車(chē)輛受電端電壓降小。如果線(xiàn)路電阻相同,DC1500V時(shí)車(chē)輛受電端電壓降僅有DC750V的一半。4)DC1500V產(chǎn)生的雜散電流比DC750V小,減輕了對(duì)地下金屬構(gòu)筑物的危害。5)采用DC1500V受流的列車(chē)車(chē)速比采用DC750V的列車(chē)車(chē)速快。6)DC1500V受車(chē)輛再生能制動(dòng)對(duì)電壓的影響較小,DC750V受的影響相對(duì)較大。7)DC750V供電制式的設(shè)備成本相對(duì)較低易于采購(gòu)和系統(tǒng)維護(hù),同時(shí)DC750V一般采用鋼鋁復(fù)合軌,也會(huì)降低導(dǎo)體材料的費(fèi)用。4接觸網(wǎng)和接觸軌理論上,在采用封閉線(xiàn)路的系統(tǒng)中,架空接觸網(wǎng)和接觸軌兩種方式都適合;而在不設(shè)封閉線(xiàn)路的系統(tǒng)中,應(yīng)優(yōu)先采用架空接觸網(wǎng),如鐵路干線(xiàn)、城市地面和工礦電力牽引線(xiàn)路。4.1u3000d65v供電接觸軌的主要優(yōu)點(diǎn)是:使用壽命長(zhǎng),維修量小在地面對(duì)城市景觀沒(méi)有影響,適應(yīng)于電壓較低的制式。接觸軌受電方式最早在倫敦城市軌道交通中采用,由于接觸軌構(gòu)造簡(jiǎn)單,安裝方便,可維修性好并對(duì)隧道建筑結(jié)構(gòu)等凈空要求低,受流性能滿(mǎn)足DC750V供電的需要,因而在標(biāo)準(zhǔn)電壓DC750V供電系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。接觸軌的電壓據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)為DC600V和DC750V,北京地鐵多采用750V的接觸軌供電的方式,但也有國(guó)家采用較高電壓,如西班牙巴塞羅那地鐵就采用了DC1500V和1200V。接觸軌有三種方式,即上接觸式、下接觸式和側(cè)接觸式。4.2性懸掛的方式接觸網(wǎng)的主要優(yōu)點(diǎn)是:線(xiàn)路布局簡(jiǎn)單,安全性較好,適應(yīng)于電壓較高的制式。接觸網(wǎng)是沿鐵路線(xiàn)上空架設(shè)的向電力機(jī)車(chē)供電的特殊形式的輸電線(xiàn)路。架空接觸網(wǎng)根據(jù)懸掛類(lèi)型分別稱(chēng)為柔性接觸網(wǎng)和剛性接觸網(wǎng),其中柔性懸掛又可分為簡(jiǎn)單懸掛、鏈?zhǔn)綉覓?。地面線(xiàn)路為主的軌道交通多采用柔性架空接觸網(wǎng);城市地下軌道交通有采用柔性架空接觸網(wǎng),也有采用剛性架空接觸網(wǎng)。剛性懸掛又稱(chēng)剛性接觸網(wǎng),是一種區(qū)別于傳統(tǒng)柔性接觸網(wǎng)的供電方式,僅適用于隧道內(nèi)。剛性懸掛實(shí)際上就是把第三軌放置在了隧道的頂部,是一種由每段長(zhǎng)約8~10m的鋁合金π型匯流排連接,和接觸導(dǎo)線(xiàn)組成特殊的“第三軌”。此種方式設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,施工容易,同時(shí)π型匯流排截流截面大,減少電阻40%以上,無(wú)須輔助饋電線(xiàn),零部件少,使得其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊,節(jié)省隧道凈空,節(jié)省投資。廣州地鐵二號(hào)線(xiàn)、北京地鐵六號(hào)線(xiàn)牽引供電系統(tǒng)均采用了剛性懸掛方式。4.3接觸網(wǎng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)1)接觸軌的系統(tǒng)構(gòu)成較簡(jiǎn)單,施工較為方便;而接觸網(wǎng)的系統(tǒng)構(gòu)成相對(duì)復(fù)雜,施工有一定難度。2)接觸網(wǎng)在道岔及交叉道口的設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單,在車(chē)輛段及車(chē)輛維修車(chē)間的布局也較為簡(jiǎn)單。3)接觸網(wǎng)有更高的安全系數(shù),遇有突發(fā)事故,可以不用斷電,能立即組織乘客轉(zhuǎn)移或進(jìn)行事故處理。4)接觸網(wǎng)供電列車(chē)的最高時(shí)度較高,可以大于120km/h,接觸軌供電的列車(chē)最高時(shí)速一般不大于90km/h。5不同接觸模式的特點(diǎn)5.1發(fā)生在空氣中的地面交通無(wú)論架空式接觸網(wǎng)還是接觸軌,其安全性都是無(wú)庸置疑的。從發(fā)生觸電事故的情況看,兩種方式都有,且主要發(fā)生在車(chē)輛維修與電網(wǎng)維護(hù)人員中。從地面交通的角度來(lái)看,在市區(qū)平交運(yùn)行的有軌電車(chē)或輕軌車(chē)宜采用架空接觸網(wǎng);牽引網(wǎng)壓等級(jí)較高時(shí),為了安全和保證一定的絕緣距離,也宜采用架空網(wǎng)。封閉運(yùn)行的城市鐵路或輕軌采用架空線(xiàn)或第三軌都完全能保證安全;在發(fā)生事故疏散乘客時(shí),架空式接觸網(wǎng)將給人們更多的安全感。5.2對(duì)變電站的要求從建設(shè)費(fèi)用來(lái)看,DC1500V直流架空接觸網(wǎng)輸電比DC750V接觸軌經(jīng)濟(jì)。同一條線(xiàn)路采用DC1500V輸電,如果電站配置得當(dāng),可以比DC750V少建近一半變電站,供電設(shè)施大約只相當(dāng)DC750V接觸軌供電的70%左右。而且采用DC1500V制式后,同功率電動(dòng)車(chē)輛由于電流的降低,電器設(shè)備也可以相應(yīng)地減小體積與重量。但是對(duì)于地鐵,橫斷面相同的車(chē)輛,采用架空接觸網(wǎng)的隧道半徑(或矩形隧道高度)要比采用接觸軌的大,施工土方量增加,土建費(fèi)用增加約14%。并且接觸網(wǎng)的導(dǎo)體材料施工總體造價(jià)要比接觸軌高。5.3接觸軌維護(hù)的成本從維修的角度來(lái)看,架空式接觸網(wǎng)要定期進(jìn)行檢查維護(hù),洞內(nèi)維修作業(yè)需要專(zhuān)用的接觸網(wǎng)檢查車(chē)維修周期短、費(fèi)用高、備品備件需要量大,而接觸軌維護(hù)則比較簡(jiǎn)單。從北京地鐵運(yùn)營(yíng)30年的實(shí)踐來(lái)看,因?yàn)榻佑|軌與受電靴接觸面大,接觸軌的磨耗極小。據(jù)粗略地調(diào)查,接觸軌運(yùn)行30年上端面磨耗只有約4~5mm,基本上可以做到無(wú)維修或少維修,因而也就相應(yīng)減少了維修費(fèi)用。5.4接收點(diǎn)較低,影響案架空式接觸網(wǎng)需要架設(shè)支柱,支持懸掛接觸網(wǎng)要安裝腕臂或橫跨,橫跨由金屬桁架或橫向承力索上下定位繩組成。在城市地面軌道交通線(xiàn)路上密布支架和電線(xiàn)網(wǎng),影響市容,有礙觀瞻。而接觸軌的位置較低,沒(méi)有明顯的高大部件(如立柱、橫向承力索金屬桁架等),城市景觀好,對(duì)電磁污染也較易采取防護(hù)措施,這也是國(guó)內(nèi)外某些城市軌道交通采用接觸軌供電方式的原因之一。從兩大類(lèi)受流方式的應(yīng)用比例來(lái)看,目前地鐵采用接觸軌供電的城市仍比采用架空接觸網(wǎng)的多,但是隨著城市規(guī)模的擴(kuò)大及技術(shù)的發(fā)展,采用DC1500V架空接觸網(wǎng)的新建線(xiàn)路明顯呈上升趨勢(shì)。6在城市軌道交通中設(shè)計(jì)可采用dc1500v架空接觸網(wǎng)方式1)城市軌道交通選擇哪一種供電制式,其關(guān)鍵是必須與城市的既有現(xiàn)狀和發(fā)展規(guī)劃相結(jié)合,統(tǒng)籌兼顧,堅(jiān)持經(jīng)濟(jì)上合理,技術(shù)上先進(jìn),適應(yīng)本城市歷史現(xiàn)狀特點(diǎn)與發(fā)展規(guī)劃前景。北京現(xiàn)有的軌道交通線(xiàn)路,絕大多數(shù)采用接觸軌,一方面是為避免軌道上出現(xiàn)雜亂的線(xiàn)網(wǎng),與保持整個(gè)城市的歷史風(fēng)貌相協(xié)調(diào)另一方面則是可與原地鐵系統(tǒng)相協(xié)調(diào)。但是,隨著城市規(guī)模的擴(kuò)大,北京市中后期規(guī)劃的線(xiàn)路多是穿越市區(qū)到城市邊緣區(qū)的,線(xiàn)長(zhǎng)站大,車(chē)輛行駛速度也相應(yīng)提高,采用DC1500V架空接觸網(wǎng)形式更為適宜。2)隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步,特別是絕緣技術(shù)和新材料的廣泛應(yīng)用,軌道交通在采用架空接觸網(wǎng)時(shí)可以盡量控制隧道的高度,降低建設(shè)成本。德國(guó)、日本等已經(jīng)開(kāi)發(fā)了可以縮小空間的鋼體架線(xiàn)方式,還研制成功了可以在低空隧道內(nèi)工作的