我国地铁接触轨技术发展与研发

1、我国地铁铁接触轨轨技术发发展与研研发摘要：介介绍了接接触轨系系统的构构成，技技术特征征和我国国应用接接触轨技技术的概概况。在在直流11 5000V接接触轨系系统的“四大环环节”研研究中，建议重重点对系系统设计计标准及及产品制制造标准准进行研研究；在在系统设设计标准准的“四四大关系系”研究究中，建建议重点点对1 5000V接触触轨与人人身安全全防护的的关系进进行研究究。在钢钢铝复合合接触轨轨的国产产化工作作中。应应重点解解决好不不锈钢带带与铝型型材的结结合问题题，以及及不锈钢钢带的材材质和外外型表面面平顺问问题. 关键词词 中国国接触轨轨发展史史15000V接接触轨 系统设设计标准准 人身身安全

2、防防护 钢钢铝复合合接触轨轨 国产产化 接触轨轨，又称称第三轨轨，或简简称三轨轨。接触触轨系统统是地铁铁牵引供供电系统统的重要要子系统统，它直直接影响响到地铁铁供电系系统甚至至整个地地铁系统统的安全全运以营营。自119655年北京京建造我我国第一一条地铁铁线以来来，仟随随着我国国地铁建建设事业业的发展展，接触触轨技术术也走过过了近440年的的发展历历程。这这期间接接触轨枝枝术不断断发展，其主要要表现为为：安装装方式由由以上部部接触搔搔流方式式为主导导发展成成上部接接触交流流方式与与下部接接触授流流方式并并存：导导电轨由由低磺钢钢材料发发展成钢钢铝复合合材科：防护罩罩(及支支架)由由木板材材料发

3、展展成玻璃璃钢材料料：绝缘缘子材料料除电瓷瓷外，还还开发出出环氧树树脂材料料及硅橡橡胶材料料。相应应地，一一些施工工安装方方法也有有所改进进.目前前，直流流1 5500VV接触轨轨系统又又在积极极研发之之中，同同时钢铝铝复合接接触轨的的国产化化工作也也正在逐逐步展开开，当然然这其中中面临的的问题和和遇到的的困难也也有许多多。在这这种情况况下，对对我国地地铁接触触轨技术术的发展展历史进进行总结结，将有有助于目目前接触触轨新技技术的研研究与开开发。 1 概概述 1.11 接触触轨系统统的国内内应用概概况 目前前，在我我国有33个城市市6条地地铁线路路采用了了接触轨轨系统，分别是是：北京京地铁11号

4、线上上程。北北京地铁铁2号线线(环线线)工程程、天津津地铁11号线中中段、北北京地铁铁复八线线工程、北京地地铁门号号线工程程(即北北京城市市铁路工工程)，北京地地铁八通通线工程程、武汉汉轨道交交通1号号线一期期工程.另外，由中国国援建的的19884年开开通的朝朝鲜平壤壤地铁，以及由由中国承承建的220000年2月月21日日开通一一期工程程的伊朗朗德黑兰兰地铁，用了接接触轨系系统。这这些线路路韵总长长度超过过2000km，触孰电电压等级级均为直直流7550V。 1.22 接触触轨系统统的构成成 在接接触轨系系统零部部件中，除包括括作为导导电轨的的接触轨轨以外，还包括括绝缘支支架(或或绝缘子子)。

5、防防护罩.隔离开开关设备备、电缆缆等。接接触轨、绝缘支支架(或或绝缘子子)、防防护罩是是接触轨轨系统中中送电。支撑、防护的的三大件件。 1.33接触轨轨系统的的三大技技术特征征 谈及及接触孰孰系统，其技术术特征有有三个级级，二是是安装方方式，二二是导电电轨材料料。 1.33.1 电压等等级 目前前世界上上城市轨轨道交通通中的直直流牵引引网电压压等级繁繁多，接接触轨系系统的电电压等级级有6000V、6300V。7700VV、7550V、8255V，9900VV、1 0000V、11 2000V等等，国外外接触轨轨系统的的标称电电压一般般在1 0000V以下下，西班班牙巴塞塞罗那采采用过直直流1

6、5000V及11 2000V接接触轨，美国旧旧金山BBARTT系统为为直流110000v接触触轨。目目前国内内接触轨轨系统标标称电压压为直流流7500V，国国际上接接触轨电电压等级级的发展展趋向是是IECC标准中中的直流流6000V、7750VV。 1.33.2 安装方方式 接触触轨系统统根据授授流位置置的不同同，司分分为上部部授流接接触轨、下部授授流接触触轨和侧侧部授漉漉接触轨轨三种形形式。 1.33.3导导电蓑材材料 接触触轨可采采用低碳碳钢材料料或钢铝铝复合材材料。 2 北北京地铁铁早期建建成线路路的接触触轨系统统 北京京地铁早早期建成成的线路路包括；19669年通通车的北北京地铁铁1号

7、线线工程，19884年通通车的北北京地铁铁环线工工程，119999年9月月通车的的北京地地铁复八八线工程程。 2.11 北京京地铁11号线工工程 北京京地铁11号线工工程，东东起北京京站，西西至苹果果园，全全长244，177km。工程于于19558年开开始前期期研究，19665年77月1日日开工建建设，119699年9月月20日日基事建建成并试试运营。该工程程接触轨轨系统是是我国第第一个地地铁接触触轨系统统.本工工程接触触轨系统统的电压压等级开开始为直直流8225V，以后随随着牵引引变电所所设备的的改造而而成为直直流7550V，安装方方式为上上部授挽挽方式，导电轨轨材质为为低碳钢钢，主要要技术

8、标标准如下下。 2.11.1接接触轨的的技术条条件 (11)接触触轨断面面的总断断面积为为6 5543mmm2， (2)接接触轨的的比重为为7.88g/ccm3： (3)每每米接触触轨的理理论重量量为511.366kg，每根理理论重量量为6442kgg，每根根12.5m， (4)对对中性轴轴接触轨轨的惯性性矩Jxx=1 0266.8ccm4，断面系系数Wzz=1776.22cm33 (5)接接触轨的的型号为为JU-52，钢号为为05铝铝(055A1)； (6)在温度度为155度的情情况下，接触轨轨的单位位电阻不不超过OO.1225mm22m： (7)接接触轨的的断面应应铣平，断面歪歪斜在任任何

9、方向向测量均均不得超超过1.0mmm； (8)接接触轨采采用转炉炉冶炼的的优质镇镇静钢轧轧制。 2.11.2接接抽孰用用绝缘子子 接接触轨用用绝缘子子由以下下三个丰丰要部分分组成： (11)瓷件件，材料料为电磁磁，工作作电压110000V，抗抗弯8000kgg, (2)下下座，材材料为HHT155-333灰铸铁铁： (3)上帽，材料为为11TT15-33灰灰铸铁。 另外外，瓷件件与下座座间还没没有1-5层的的油毡纸纸垫片. 2.1.33木防护护板 木防防护板的的木科全全部是在在天然干干性油中中浸透的的松木制制成，井井做烘干干处理，木防护护板翠表表面涂阽阽火滦，木防护护板外表表面涂防防腐油漆漆。

10、 2.11.4端端部弯头头 端部部弯头总总长度223000mm. 2.2 北北京地铁铁2号线线工程 北京京地铁22号线工工程，线线路长116.11Fann.19974年年完成接接触孰施施工图设设计，119766年建成成并试运运营，119844年完成成改造 根据据北京地地铁1号号线工程程的施工工运营经经验，针针对存在在的问题题及接触触轨要加加强防护护的指示示，19974年年2号线线在工程程接触轨轨系统设设计时进进行了一一些修改改与完善善.19978年年5月，根据市市兵办工工程组技技术处于于19778年33月277日召开开的关于于地铁三三轨防护护板设计计问题的的会议纪纪要精神神，将22号线工工程接

11、触触轨防护护板靠近近线路侧侧上下的的两块和和防护支支架下边边的一块块予以取取消，形形成了日日前的结结构形式式，如图图1所示示。 图1 北京地地铁环线线接触轨轨安装示示意图2.3 北京地地铁复八八线工程程 北京炔铁铁复八线线工程，西起复复兴门，东至八八王坟，线路长长12.7KMM。该工工程接触触轨系统统施工图图设计完完成于119933年100月，工工程于119999年9月月通车。与北京京地铁环环线接触触轨系统统相比，主要进进行了以以下修改改： (11)接触触轨端部部弯头由由原来的的23000mmm加长到到27775mmm，以使使受流器器与弯头头接触时时更平稳稳；同时时减小了了坡端的的接触面面到走

12、行行轨顶面面的垂育育距离。 (2)采采用30000VV支柱绝绝缘子代代替原绝绝缘子。 (3)结结合工程程需要，本工程程册剥开开发了玻玻璃钢防防护罩.并在车车站、道道岔、隧隧道联络络线等局局部地段段进行了了试验安安装(单单线总长长度约66km). 33 德黑黑兰地铁铁1.22号线的的接触轨轨系统 德黑黑兰地铁铁1、22号线，线路全全长约553kmm.19992年年初开始始投标，19996年合合同正式式生效，20000年22月211日第一一期工程程建成通通车. 根据据招标文文件要求求，北京京城建院院联合高高校与工工厂，以以产学研研相结合合的方式式，研制制开发出出“下部部校流接接触轨系系统”，填补丁

13、丁国内空空白，该该技术成成果于119944年6月月8H从从得了国国家实用用新型专专利(zzL933 2 241173.5).相应地地，研制制出玻璃璃钢材料料的接触触轨支架架及防护护罩，代代替了传传统的木木板防护护罩，这这一创新新成果带带来了接接触轨支支架与防防护罩材材料的革革命。本本工程接接触轨系系统的电电压等级级为直流流7500V，导导电轨材材质为低低碳钢. 3.1 下下部授流流接触轨轨的安装装结构描描述 下部部授流接接触轨主主要由导导电轨，绝缘支支架、防防护罩等等构成，见图22.绝缘缘支架由由顶郎支支架，中中部支架架，下部部支架三三部分组组成，并并共同构构成悬臂臂结构型型式；导导电轨通通过

14、顶部部、中部部支架，悬挂在在下部支支架上；下部支支架刚根根据线路路情况固固定在整整体道床床上或碎碎石道床床的轨枕枕上：防防护罩靠靠自身弹弹性及支支撑垫块块固定在在导电轨轨上。 3.2 下部授授流接触触轨的安安装结构构特点 防护罩对对带电接接触轨的的防护性性能好，带电接接触轨不不容易被被无章识识地触碰碰到，能能确保人人身安全全，另外外，下部部授流方方式的遮遮挡雨雪雪条件也也优于上上部授流流方式，能确保保牵引网网系统的的安全可可靠运行行. 这这里需要要说明，北京城城铁采用用的是上上部授流流接触轨轨系统。据20003年年11月月7日北京晚晚报报报道：“城铁今今晨中断断一个多多小时。由于昨昨天深夜夜雪

15、量较较大且融融化速度度慢，遭遭遇今天天凌晨急急剧下降降的气温温后，造造成城铁铁部分路路段轨道道表面结结冰。首首发车在在运行过过程中，接触轨轨与列车车受流器器之间逐逐渐形成成地穿穿甲似似的冰层层.造成成列车受受流器无无法受电电，车辆辆网压不不稳，使使得车辆辆无法正正常行驶驶。 3.33 接触触轨所含含化学元元素对电电阻宰影影响分析析 合同同要求：导电轨轨在155度时电电阻率pp=0.1255mm22/mm.为确确保接触触轨按照照上述合合同要求求交货，对制造造厂欲采采用的接接触轨材材料进行行了电阻阻串测试试及化学学元素分分析，前前后历时时达伴年年之久，分析结结论简述述如下。如果采用用与北京京地铁接

16、接触轨相相同的材材料来加加工制造造导电轨轨，则220度时时电阻率率p（平平均值）在0.1344mmm2m左右右，将大大于合同同要求的的15度度时电阻阻率为00.1225mm22/m.仅从各各元素对对电阻串串的影响响看，PP、Sii的影响响较大，而Mnn的影响响较小：但由于于接触轨轨中Mnn的绝对对含量比比P与SSi要高高，因而而Mn实实际上对对电阻系系数的影影响也非非常大.换言之之.在分分析各元元素对电电阻系数数的影响响趋势时时，要同同时考虑虑各元素素含量大大小对此此的影响响。另外外，工艺艺条件对对各种成成分在含含量上有有影响，即工艺艺条件也也会影响响导电轨轨的电阻阻系数.在上述测测试分析析基

17、础上上，决定定不采用用与北京京地铁接接触轨相相同的原原材抖加加工制造造接触轨轨.而从从国外进进口原材材料来加加工制造造接触轨轨.最后后的测试试表明：用国外外原材料料加工制制造的接接触轨，在155度时电电阻率pp在0.1111mm22/mm左右。3.44 支架架及防护护罩的制制造工艺艺3.44.1玻玻璃钢支支架制造造工艺玻璃钢支支架制造造采用了了RTMM成型工工艺.其其优点为为：降低低了产品品成型过过程中苯苯乙烯的的挥发量量，有利利于提高高产品质质量，减减少环境境污染，工艺成成熟、参参数齐全全，产品品质量稳稳定：可可防止玻玻璃纤维维的排布布方向发发生偏移移，使铺铺层设计计、性能能设计有有保障;可

18、使产产品表面面附着均均匀的胶胶衣树脂脂层，增增加产品品的抗老老化能力力. 3.4.22 玻璃璃钢防护护罩制造造工艺玻璃钢防防护罩制制造采用用了拉挤挤成型工工艺.其其优点为为：可自自动化连连续生产产，产品品均匀，质量稳稳定;产产品规格格多样化化。4 北北京地铁铁新建成成线路的的接触轨轨系统44.1北北京地铁铁13号号线北京地铁铁13号号线，即即北京城城市铁路路工程，线路全全长400.855km。19999年88月122日，项项目被批批准立项项：20000年年9月226日，城市铁铁路西线线全面开开工：220022年9月月28日日，城市市铁路西西线开通通试运行行，20003年年1月220门，城市铁铁

19、路全线线建成试试运营。结合该工工程，北北京城建建设计研研究总院院联合北北京城市市铁路股股份有限限公司等等单位，研制开开发出“新型上上部授流流接触轨轨系统”，见图图3.该该工程接接触轨系系统的电电压等级级为直流流7500V，导导电轨材材质为低低碳钢。 新型上部部受流接接触轨系系统的特特点： (1)防防护罩支支架及防防护罩采采用玻璃璃钢材质质的防火火和耐候候性功能能.使用用寿命长长， (2)结结构形式式造型比比较美观观， (3)结结构设计计较为合合理，承承受力的的情况较较好，省省材料： (4)防防护罩支支架直接接固定在在接蚰轨轨上，所所以能更更好地保保证防护护罩支架架及防护护罩与接接触轨的的相对位

20、位置关系系(5)防防护罩支支架可以以在接触触轨上移移动安装装，所以以施工安安装及运运蕾管理理维护比比较方便便，不受受走行轨轨轨枕间间距施工工误差的的影响，从而使使防护罩罩的定货货长度与与设计长长度一致致.避免免了材料料及施工工费的损损失. 4.22 北京京地铁八八通线 北京地地铁八通通线，西西起八王王坟，东东至通州州土桥，线路全全长188.9664kmm；20003年112月77日完成成热滑，20003年112月228日开开通试运运营。北京地铁铁1号线线.2号号线及113号线线，均使使用的是是瓷绝缘缘子.瓷瓷件是脆脆性材料料.在运运输.安安装、运运营维护护等过程程中，容容易受到到了硬器器撞击而

21、而破损.近年来来，复合合绝缘子子发展迅迅猛，性性价比，可靠性性不断提提高.北北京地铁铁八通线线工程在在前述北北京城铁铁“新型型上部授授流接触触轨系统统”的基基础上，在正线线接触孰孰系统中中采用了了环氧树树脂绝缘缘子，在在车场线线接触孰孰上试用用了硅橡橡胶绝缘缘子. 5 武武汉轨道道交通一一期工程程的接触触轨系统统 武权权轨道交交通1号号线一期期工程，自宗关关站经硚硚口至黄黄浦路，线路全全长100.2334kmm，为全全高架线线路：220000年4月月开始初初步设计计，20003年年12月月11日日完成热热滑，将将于20004年年上半年年投入运运营. 该工程在在国内首首次采用用钢铝复复合接触触轨

22、技术术。接触触轨采用用钢铝复复合材料料制成(见图44)，可可有效地地降低电电阻率，并减少少供电系系统中牵牵引变电电所的数数量，降降低运营营时接触触轨能量量的的损损耗；防防腐蚀性性能较好好；钢铝铝复合接接触轨重重量小，便于运运输和安安装，在在铝合金金轨的接接触面上上包覆有有一层不不锈钢带带，可人人大提高高耐磨性性。该工程接接触轨系系统的电电压等级级为直流流7500V，安安装方式式为下部部授流方方式. 5.2 不锈钢钢带技术术数据（示例） 5.33 天津津地铁11号线(延伸)工程的的接姓轨轨系统 19984年年12月月，天津津地铁11号线中中段7.4kmm建成通通车，其其接触轨轨系统与与北京地地铁

23、早期期建成线线路的接接触轨系系统一致致，20001年年7月因因线路需需向两端端延伸改改造而停停运.天天津地铁铁1号线线（延伸伸）工程程，线路路全长226.22km，计划于于20005年底底建成通通车.本本工程采采用直流流7500V上部部授流接接触轨系系统，接接触轨材材料为钢钢铝复合合接触轨轨，目前前已完成成钢铝复复合接触触孰的采采购招标标。 66 正在在建设中中的广州州地铁44号线接接触轨系系统 广广州市轨轨道交通通4号线线大学城城专线段段工程，线路全全长144.111km.该工程程于20003年年10月月通过初初步设计计审查，计划220055年122月建成成通车。广州地铁铁4号线线几次穿穿越

24、珠江江水系，并且部分线线路位于于已建城城区.针针对减少少车站埋埋深及增增加选线线灵活度度的需求求.采用用了爬坡坡能力大大、转弯弯半径小小的直线线电机交交通系统统.另外外，考虑虑到该线线路平均均站间距距大及工工程建造造尽量减减少对城城市景观观的影响响，因此此该工程程拟采用用直流115000V接触触轨系统统，接触触轨材料料为钢铝铝复合接接触孰在1000多年世世界城市市轨道交交通史上上.建成成于19927年年的巴塞塞罗那地地铁1号号线曾采采用过直直流1 5000V接触触轨系统统，其33号线及及4号线线也采用用过直流流1 2200VV接触轨轨，但现现在已经经拆除，而改用用刚性架架空接触触网.在在目前运

25、运营的地地铁线路路中，接接触轨电电压等级级最高的的是美国国旧金山山的“湾湾区快速速交通”（Baay AAreaa Raapidd Trranssit)系统，简称BBARTT系统，其接触触轨电压压等级为为直流110000V.其其接触轨轨为工宇宇钢两侧侧通过螺螺栓傍附附铝型材材而形成成的钢铝铝“复合合轨”。当然，工字钢钢与铝型型材间要要应用抗抗氧化油油脂.该该地铁系系统于119722年开通通了第一一条线路路. 前面已经经介绍过过，我国国已经运运营的地地铁线路路（甚至至包括正正在施工工中的北北京地铁铁5号线线，100号线等等)，均均采用的的是直流流7500V接触触轨系统统.在这这种情况况下，广广州地

26、铁铁4号线线拟采用用的直流流1 5500VV接触轨轨系统，是我国国地铁接接触轨技技术领域域的一个个新课题题，有许许多问题题需要认认真研究究。7 关于研研发直流流15000V接接触轨系系统的一一些建议议 对于于直流11 5000V接接触轨系系统的研研发.建建议从“软件”及“硬硬件”两两个层面面考虑.所谓“软件”，是指指直流115000V ,接触孰孰的“系系统性研研究”，所谓“硬件”，是指指以钢铝铝复合接接触孰国国产化为为主导的的接触轨轨“零部部件研制制”。 7.1 直流11 5000V接接触轨的的系统性性研究77.1.1 系系统性研研究的主主要内窖窖 系统统性研究究可以概概括为以以下“四四大环节

27、节”的研研究：(1)设设计环节节-系系统设计计标准的的研究；(2)制制造环节节-产产品制造造标准的的研究；(3)安安装环节节-施施工安装装标准的的研究：(4)运运营环节节-运运营维护护标准的的研究。武汉轨道道交通11号线一一期工程程已经成成功地应应用了“直流7750VV钢铝复复合接触触轨系统统”，到到20005年底底广州地地铁4号号线大学学城段建建成开通通时.我我国将积积累起近近两年的的钢铝复复合接触触轨运营营经验，这些经经验将对对广州地地铁4号号线大学学城段起起到重要要的借鉴鉴作用.田而，在上述述系统性性研究中中，建议议对系统统设计标标准及产产品制造造标准进进行重点点研究，尤其是是系统设设计

28、标准准的研究究.这是是因为，在世界界范围内内从事钢钢铝复合合接触轨轨产品的的制造商商有多家家，但直直流1 5000V接触触轨系统统的设计计、运行行经验却却相当匮匮乏。另另外，建建议处理理好“四四大环节节”研究究的相互互关系。 7.11.2 系统设设计标准准研究的的主要内内容 系统设计计标准研研究可以以概括为为以下“四大关关系”的的研究： 1)带电电体与接接地体关关系研究究对于直流流15000v系系统，接接触轨带带电部分分和结构构体，车车体之间间的最小小净距，国家标标准地地铁设计计规范及IEEC标准准对比都都做出了了规定。研究内内容应根根据工程程需要，确立带带电体与与接地体体的相互互关系，相对位

29、位置、定定位尺寸寸等。在在带电体体与接地地体关系系的处理理上，上上部受流流方式比比下部授授流方式式更简洁洁。鉴于于此，建建议优先先考虑上上部授流流方式。 2)接触触轨与人人的关系系研究直流1 5000v接触触轨系统统的研发发难度，不在干干电气本本身，即即不和于于电气设设备的技技术指标标，而是是在于11 5000V电电气设备备的人身身安全防防护与7750VV电气设设备相比比要困难难得多。因而，建议对对1 5500VV接触轨轨与人的的关系给给予重点点研究，即应阱阱究采取取何种措措施(包包括硬件件措施，软件措措施、管管理措施施等)，最大限限度地保保护运营营维护人人员及乘乘客公众众的人身身安全。特别应

30、应该注意意的是：对于以以走行轨轨为回流流网的只只有1 5000v接触触轨系统统，应认认真地研研究分析析正极接接触网与与负极回回流网的的阻抗分分配，并并合理地地设置牵牵引变电电所.避避免在正正常运行行情况下下走行轨轨对地电电位超标标，影响响人身安安全防护护。1 5000V钢铝铝复合接接触轨系系统的走走行轨电电位是一一个不可可小视的的问题。 3)接触触轨与车车的关系系研究 这既包括括接触轨轨与车辆辆的限界界关系研研究，也也包括车车辆受流流器与接接触轨的的“弓网网”(器器轨)配配合关系系研究. 4)接触触轨与道道的关系系研究 这里的“道”，狭义上上指道床床，广义义上也涉涉及轨道道、隧道道，行车车道，

31、并并包括地地下、地地面、高高架等各各种线路路形式，即上建建的概念念。所谓谓接触轨轨与道的的关系研研究，就就是接触触轨与土土建关系系研究.即如何何将1 5000V接触触轨合理理地布置置、安装装、固定定在各种种道床上上，这是是应该认认真研究究的。77.2 直流11 5000V接接触轨的的零部件件研制 7.22.1钢钢铝复合合接触轨轨的国产产化 早在在20000年77月，武武汉轨道道交通一一期工程程准备采采用钢铝铝复合接接触轨时时.国内内一些企企业对钢钢铝复合合接触轨轨的国产产化问题题就开始始关注了了。但山山于这些些厂家对对市场前前景分析析不透，因而未未能正式式启动.现在，武汉轨轨道交通通一期工工程

32、的全全线钢铝铝复合接接触轨安安装已经经结束，并己完完成热滑滑，该工工程采用用的是国国外进口口的钢铝铝复合接接触轨。天津地地铁1号号线，钢钢铝复合合接触轨轨供货招招标已经经结束，也采用用的是国国外产品品。 目前，除除广州地地铁4号号线以外外，北京京地铁55号线，10号号线(含含奥运支支线)、4号线线等，也也准备采采用钢铝铝复合接接触轨.如果11 5000V钢钢铝复合合接触轨轨研发应应用成功功，广州州地铁55号、66号、77号线及及某些城城市地铁铁，也将将采用11 5000V钢钢铝复合合接触轨轨.这样样，在未未来的55年内，国内钢钢铝复合合接触轨轨的需求求量将达达到单线线3000km以以上，产产值估计计在2-3亿人人民币.因而，建