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摘要：城市轨道交通线网规划及新线建设过程中，牵引网供电制式的选择是非常重要的课题。而牵引网供电制式选择的关键点之一就在于牵引网馈电形式的确定。本文通过介绍牵引网不同馈线形式的特点及差异，对比各类馈电方案的优缺点，认为城市轨道交通牵引网馈线形式的选择在满足功能性的同时，还需综合考虑经济性、安全性、城市及线网（线路）自身特点等因素，并且同一城市同一类型线路在牵引网馈线形式的选择上应力求统一。
关键词：轨道交通；供电制式；牵引网；馈电形式
一 引言
牵引网供电制式的选择是城市轨道交通建设过程中非常重要的环节。牵引网馈电方式的选择是整个牵引网供电制式的关键点之一，涉及到供电、车辆、限界、建筑结构、桥梁、隧道等多个专业，还需要综合考虑安全性、可靠性、经济性、城市景观等相关因素。
二 牵引网供电制式
1）牵引网供电制式
牵引网供电制式主要包含三方面内容，即：电流制、电压等级、牵引网馈电形式。
2）城市轨道交通牵引网供电制式概况
目前我国城市轨道交通牵引网供电电流制主要以直流制为主，交流制仅在行车速度较高（>120km/h）的部分城市市域铁路中有采用。直流制牵引网电压等级可分为直流750V和直流1500V，牵引网馈电形式可分为接触轨和架空接触网[1]。
国内牵引网供电制式应用情况如下所示：
（1）直流750V接触轨：北京1、2、4、7、8、10号线、北京亦庄线、房山线、昌平线、大兴线等；武汉1、2、4号线等；昆明1、2、3、6号线等；
（2）直流1500V接触轨：广州4、5、6号线等、深圳3、6号线等、无锡1、2、3、4号线等、青岛2、3、4号线等、上海16号线等；
（3）直流1500V架空接触网：广州1、2、3号线，广佛线、南京、苏州、徐州、常州、杭州、宁波、长沙、西安、沈阳、兰州、哈尔滨、上海（除16号线）、成都（市域铁路除外）等城市轨道交通线路均采用。
（4）交流25kV架空接触网：温州S1、S2线、台州S1、S2线、成都17、18号线等。
三 直流牵引网馈电形式
通常意义上牵引网系统主要包括接触网、回流网、馈线电缆及相关设备。
本文主要针对牵引网馈电形式（即接触网类型）进行对比分析。
1）接触轨
接触轨安装位置靠近道床，受气候影响较小（水淹除外），构造简单，稳定性较好，便于采用较大截面的载流导体以减小线路电阻，运行可靠性相对较高；接触轨日常维护和事故抢修方便，不需要大型维护检修设备，对城市景观基本无影响；对地下建筑物、交叉跨越的建筑物或电力线的净高要求较低；导流主体材料使用寿命较长，雷击率较低。
因接触轨安装位置较低，采用接触轨形式的轨道交通线路必须采取严格的封闭措施，防止人员靠近接触轨。同时运营管理需制定严格、周密的规章制度，并在实际中严格执行，运营人员在检修线路和邻近设备时，接触轨必须停电。接触轨在遇道岔、过人防门（含防淹门）、换边、道路平交道口等特殊情况时，需设置机械断口；同时为满足供电需求，接触轨还需要设置电气分段。接触轨断口的设置对于车辆受电存在一定的不利影响，在断口处容易产生电弧，对接触轨本体、车辆受电靴造成烧蚀，影响工作寿命。而且当车辆编组数量较少或车辆单元间联络开关配置不当时，还可能造成车辆受电靴集体失电，停滞在无电区内的情况。
2）架空接触网
架空接触网形式根据安装位置的不同，分为两种类型。对于地下区段一般采用架空刚性接触网，地面及高架区段、场段内一般采用架空柔性接触网。
架空刚性接触网结构简单，由汇流排、支撑装置、绝缘子、接触线（单根）及地线组成[2]。架空刚性接触网在构成概念上类似于“架空的第三轨”，运行稳定，占用隧道净空较少，但支持点密，不适宜在隧道外普遍使用。在隧道口处，需要设置刚性接触网与柔性接触网的过渡设施。架空刚性接触网与接触轨的特性相仿，但接触线磨耗稍快，对于行车速度以不超过120km/h为宜。
架空柔性接触网由接触悬挂、支持装置、定位装置、支柱（含基础）四部分组成[2]。架空柔性接触网可以适应很高的行车速度，但构造相对复杂、线索较多，运行状态容易受到气候和环境影响。由于架空柔性接触网零部件种类较多，因此故障率相对较高，日常维护检修和事故量相对较大，需要较多的维护人员和机械设备；地面及高架区段、场段内架空柔性接触网对城市景观有一定影响，对交叉跨越的桥梁建筑物和电力线路的净高要求也相对较高。
四 直流牵引网馈电方案
电压等级与馈电方式是牵引网供电制式中的关键点，两者密切相关[3]。对于城市轨道交通牵引网馈电形式的选择不能脱离于电压等级。
1）直流牵引网馈电方案
根据目前国内城市轨道交通工程发展状况，牵引网馈电方案主要有以下四种。
（1）DC1500V接触轨方案
全线（含场段内线路）均采用DC1500V接触轨，场段内月检库、静调库不设接触轨，仅设滑触线供电。
（2）DC1500V架空接触网方案
全线（含场段内线路）均采用DC1500V架空接触网，其中地下区段采用架空刚性接触网，地面及高架区段、场段内采用架空柔性接触网。
（3）DC750V接触轨方案
全线（含场段内线路）均采用DC750V接触轨，场段内月检库、静调库不设接触轨，仅设滑触线供电。
（4）DC1500V接触轨+接触网方案
正线采用DC1500V接触轨，场段内线路采用DC1500V架空接触网，架空接触网采用柔性悬挂。
方案（4）是DC1500V接触轨应用初期，受制于运营经验欠缺、管理规章制度不健全等因素而采用的方案，目的是为了在维修作业较多的场区内保障运营人员的人身安全。但此类方案需要车辆特殊设计，同时兼容接触网、接触轨两种馈电方式，车辆造价较高；车辆进出场段时，需要进行受电方式转换操作，运营管理程序复杂；同时备品备件种类较多，不利于后期的运营维护。本文不再对此方案进行深入讨论。其它3种方案经济综合比较如表1所示：
2）直流牵引网馈电方案对比
各方案优缺点如下：
（1）DC1500V接触轨
优点：结构简单、可靠性高；电压等级较高，可以有效减少全线牵引变电所个数，降低供电电流，减少电能损耗。运营成本较低，综合经济性较好；对城市景观没有影响。
缺点：工程投资偏高，安全性较差，需要采取一系列技术措施和严格的管理制度来保障。
（2）DC1500V架空接触网
优点：安装位置高、安全性好；地下区段刚性架空接触网结构简单、可靠性高；电压等级较高，可以有效减少全线牵引变电所个数，工程投资较低，运营成本较高，综合经济性好；运营经验丰富。
缺点：柔性架空接触网结构较复杂、维护和抢修难度较大，可靠性稍低；对城市景观有一定影响。
（3）DC750V接触轨
优点：结构简单、可靠性高；运营成本较低，综合经济性较好；对城市景观没有影响。相对于DC1500V接触轨，DC750V接触轨系统电压较低，相对更安全，后期运营维护相对更方便。
缺点：对于DC750V电压等级，鉴于其电压等级较低，不利于远距离供电，牵引变电所间距较近，相对于DC1500V电压等级会大幅增加牵引变电所数量；同时牵引电流较大，线路损耗高；接触网及整个供电系统综合造价高。
五 结语
仅从城市轨道交通功能需求考虑，文中所述牵引网馈电形式方案均可满足要求，不受外界条件制约，原则上都是可行的。但从经济性、节能性角度出发，牵引网馈电形式的选择应尽可能基于直流1500V电压等级，具体形式要充分考虑城市自身特点及轨道交通线网规划情况。同时为方便后期运营维护、实现最大限度的资源共享，一个城市同一类型轨道交通线路的牵引网馈电形式应力求统一。
参考文献：
[1]地铁设计规范 GB50157-2013.北京：中国建筑工业出版社[M]，2013
[2]何其光.对城市轨道交通牵引供电授流制式选择的建议[J].城市轨道交通研究，2007，10（8）6-11
[3]于松伟，杨兴山，韩连祥，张巍.城市轨道交通供电系统设计原理与应用[M].成都：西南交通大学出版社，2008
论文作者:赵德奎
论文发表刊物:《电力设备》2016年第23期
论文发表时间:2017/1/19
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