城市轨道交通牵引供电制式选择

城市轨道交通牵引供电制式选择

0牵引供电制式牵引供电系统是指铁路上的电源系统用于为电动汽车和电力机车提供电源的供电系统、电压等级和供电方式。一个地区的轨道交通牵引供电制式影响到整个线路的供电设施、车辆配置、工程投资及城市景观等诸多方面,具有十分重要的社会意义和经济意义,因此,牵引供电制式是城市轨道交通线网规划中一项极其重要的内容。牵引供电系统的制式差别,主要包括交流或直流的选取、牵引网电压、受流方式(接触网或接触轨)等。对这些要素,往往不能孤立地判断优劣,应该更多地基于系统运输能力、车辆制式(配套程度)、系统复杂性和可靠性设备的造价和市场情况等因素进行综合考虑。1切电能供给与传输轨道交通供电系统担负着轨道交通运行所需的一切电能的供给与传输,是轨道交通安全可靠运行的重要保证。简单来说,城市轨道交通供电系统可分为外部、内部供电系统,其构成如下:1.1电动汽车单网流电牵引变电所将三相高压交流电变成适合电动车辆应用的低压直流电,馈电线再将牵引变电所的直流电送到接触网上,电动车辆通过其受流器与接触网的直接接触而获得电能。牵引供电系统由牵引变电站、馈电线、牵引接触网和回流线等构成。1.2动力机械设备电源动力照明供电系统提供车站和区间各类照明、扶梯、风机、水泵等动力机械设备电源和通信、信号、自动化等设备电源,由降压变电所和动力照明配电线路组成。2地铁和轻轨的电压制供电制式是指供电系统向电动车辆或电力机车供电所采用的电流和电压制式。电压制由低压到高压,有DC600V、750V、825V、1000V、1200V和1500V等,其发展趋势是国际电工委员会(IEC)的电压标准,为DC600V、750V、1500V。我国的电压标准为DC750V和1500V两种,目前国内各城市的地铁和轻轨采用的电压制均为DC750V或1500V。对应这两种供电制式,车辆的受流方式也分为接触轨(第三轨)及接触网两种方式,其构成如下:3比较d750v和d1500v的电压体系3.1提高车辆的加速度能力我国的城市轨道交通牵引电压制式无论是选用DC750V还是DC1500V,均符合国家和国际标准的规定。一般来说,较高的电压在同等条件下能够传输较大的功率,DC1500V比DC750V能够适应更大功率的电动车辆,也能达到更高的速度水平,在粘着允许的情况下加速度也能相应提高。DC1500V比DC750V的供电电流减少一半,电阻损耗大大减少,同时,牵引供电所形成的杂散电流也相应减少。选用哪种电压制式,应该综合考虑供电系统的技术经济指标、供电质量、供电距离、运输的客流密度等,并根据各城市的经济发展及城市整体规划,综合论证决定。国内的上海地铁一、二号线,广州地铁一、二号线,南京地铁一号线均采用了DC1500V供电制式,而北京、天津地铁均一直采用DC750V,直到2012年,北京地铁才第一次将DC1500V的供电制式应用于六号线上。3.2dc1500v车辆1)DC750V供电系统变电站间距较短,一般为1.5~2km,而DC1500V供电系统变电站间距可达3.5~4km。2)DC1500V供电电流减少一半,线路上的电阻损耗大大减少,可以节约电能并减小供电导线截面积。3)DC1500V车辆受电端电压降小。如果线路电阻相同,DC1500V时车辆受电端电压降仅有DC750V的一半。4)DC1500V产生的杂散电流比DC750V小,减轻了对地下金属构筑物的危害。5)采用DC1500V受流的列车车速比采用DC750V的列车车速快。6)DC1500V受车辆再生能制动对电压的影响较小,DC750V受的影响相对较大。7)DC750V供电制式的设备成本相对较低易于采购和系统维护,同时DC750V一般采用钢铝复合轨,也会降低导体材料的费用。4接触网和接触轨理论上,在采用封闭线路的系统中,架空接触网和接触轨两种方式都适合;而在不设封闭线路的系统中,应优先采用架空接触网,如铁路干线、城市地面和工矿电力牵引线路。4.1u3000d65v供电接触轨的主要优点是:使用寿命长,维修量小在地面对城市景观没有影响,适应于电压较低的制式。接触轨受电方式最早在伦敦城市轨道交通中采用,由于接触轨构造简单,安装方便,可维修性好并对隧道建筑结构等净空要求低,受流性能满足DC750V供电的需要,因而在标准电压DC750V供电系统中得到广泛的应用。接触轨的电压据IEC标准为DC600V和DC750V,北京地铁多采用750V的接触轨供电的方式,但也有国家采用较高电压,如西班牙巴塞罗那地铁就采用了DC1500V和1200V。接触轨有三种方式,即上接触式、下接触式和侧接触式。4.2性悬挂的方式接触网的主要优点是:线路布局简单,安全性较好,适应于电压较高的制式。接触网是沿铁路线上空架设的向电力机车供电的特殊形式的输电线路。架空接触网根据悬挂类型分别称为柔性接触网和刚性接触网,其中柔性悬挂又可分为简单悬挂、链式悬挂。地面线路为主的轨道交通多采用柔性架空接触网;城市地下轨道交通有采用柔性架空接触网,也有采用刚性架空接触网。刚性悬挂又称刚性接触网,是一种区别于传统柔性接触网的供电方式,仅适用于隧道内。刚性悬挂实际上就是把第三轨放置在了隧道的顶部,是一种由每段长约8~10m的铝合金π型汇流排连接,和接触导线组成特殊的“第三轨”。此种方式设计简单,施工容易,同时π型汇流排截流截面大,减少电阻40%以上,无须辅助馈电线,零部件少,使得其结构简单紧凑,节省隧道净空,节省投资。广州地铁二号线、北京地铁六号线牵引供电系统均采用了刚性悬挂方式。4.3接触网的设计特点1)接触轨的系统构成较简单,施工较为方便;而接触网的系统构成相对复杂,施工有一定难度。2)接触网在道岔及交叉道口的设计比较简单,在车辆段及车辆维修车间的布局也较为简单。3)接触网有更高的安全系数,遇有突发事故,可以不用断电,能立即组织乘客转移或进行事故处理。4)接触网供电列车的最高时度较高,可以大于120km/h,接触轨供电的列车最高时速一般不大于90km/h。5不同接触模式的特点5.1发生在空气中的地面交通无论架空式接触网还是接触轨,其安全性都是无庸置疑的。从发生触电事故的情况看,两种方式都有,且主要发生在车辆维修与电网维护人员中。从地面交通的角度来看,在市区平交运行的有轨电车或轻轨车宜采用架空接触网;牵引网压等级较高时,为了安全和保证一定的绝缘距离,也宜采用架空网。封闭运行的城市铁路或轻轨采用架空线或第三轨都完全能保证安全;在发生事故疏散乘客时,架空式接触网将给人们更多的安全感。5.2对变电站的要求从建设费用来看,DC1500V直流架空接触网输电比DC750V接触轨经济。同一条线路采用DC1500V输电,如果电站配置得当,可以比DC750V少建近一半变电站,供电设施大约只相当DC750V接触轨供电的70%左右。而且采用DC1500V制式后,同功率电动车辆由于电流的降低,电器设备也可以相应地减小体积与重量。但是对于地铁,横断面相同的车辆,采用架空接触网的隧道半径(或矩形隧道高度)要比采用接触轨的大,施工土方量增加,土建费用增加约14%。并且接触网的导体材料施工总体造价要比接触轨高。5.3接触轨维护的成本从维修的角度来看,架空式接触网要定期进行检查维护,洞内维修作业需要专用的接触网检查车维修周期短、费用高、备品备件需要量大,而接触轨维护则比较简单。从北京地铁运营30年的实践来看,因为接触轨与受电靴接触面大,接触轨的磨耗极小。据粗略地调查,接触轨运行30年上端面磨耗只有约4~5mm,基本上可以做到无维修或少维修,因而也就相应减少了维修费用。5.4接收点较低,影响案架空式接触网需要架设支柱,支持悬挂接触网要安装腕臂或横跨,横跨由金属桁架或横向承力索上下定位绳组成。在城市地面轨道交通线路上密布支架和电线网,影响市容,有碍观瞻。而接触轨的位置较低,没有明显的高大部件(如立柱、横向承力索金属桁架等),城市景观好,对电磁污染也较易采取防护措施,这也是国内外某些城市轨道交通采用接触轨供电方式的原因之一。从两大类受流方式的应用比例来看,目前地铁采用接触轨供电的城市仍比采用架空接触网的多,但是随着城市规模的扩大及技术的发展,采用DC1500V架空接触网的新建线路明显呈上升趋势。6在城市轨道交通中设计可采用dc1500v架空接触网方式1)城市轨道交通选择哪一种供电制式,其关键是必须与城市的既有现状和发展规划相结合,统筹兼顾,坚持经济上合理,技术上先进,适应本城市历史现状特点与发展规划前景。北京现有的轨道交通线路,绝大多数采用接触轨,一方面是为避免轨道上出现杂乱的线网,与保持整个城市的历史风貌相协调另一方面则是可与原地铁系统相协调。但是,随着城市规模的扩大,北京市中后期规划的线路多是穿越市区到城市边缘区的,线长站大,车辆行驶速度也相应提高,采用DC1500V架空接触网形式更为适宜。2)随着技术的不断进步,特别是绝缘技术和新材料的广泛应用,轨道交通在采用架空接触网时可以尽量控制隧道的高度,降低建设成本。德国、日本等已经开发了可以缩小空间的钢体架线方式,还研制成功了可以在低空隧道内工作的