关键词：城市轨道交通；接触网；架空
引言
世界城市轨道交通已有140多年历史，目前已呈现多元化的发展趋势。我国城市轨道交通起步较晚，只有40年历史，但近期发展迅猛。世界上城市轨道交通中的直流牵引电压等级繁多，从750V到3000V都有，中国国家标准规定为750V、1500V两种，其电压允许波动范围分别为500～900V、1000V～1800V。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。对于一个具体的城市，电压等级与馈电方式的选择，应该结合起来，统一考虑。
一、城市轨道交通接触网类型
电气化铁道的牵引供电系统是由牵引变电所、牵引网（馈电线、接触网、钢轨和回流线组成）、电力机车等组成。第三轨式接触网可以用于地铁与封闭的城市铁路和轻轨，架空式接触网不光可以用于地铁与封闭的城市铁路和轻轨，还可用于铁路干线、城市地面和工矿电机车电力牵引线路。为了保证对电动车组良好的供电，接触网应顺直平滑，高度一致，在高速行车中能始终保持正常稳定的接触授流。另外，接触网应具有足够的耐磨性与良好的导电性，寿命尽量长，并力求结构简单，易于施工与维修。下面对两种接触网类型简单介绍一下。
1.1 架空式接触网
架空式接触网的悬挂类型大致分为三种：简单悬挂，链形悬挂，刚性悬挂。不同类型的悬挂方式其电缆粗细、条数、张力都不一样。架空线的悬挂方式，要根据架线区的列车速度、电流容量等输送条件以及架设环境进行综合勘察来决定。
（1）简单悬挂
简单悬挂只有接触线和一根架空地线，支柱安装负荷较轻，但是驰度大，弹性不均匀，接触网取流效果差，车辆速度受到限制，为改善弹性差的状况，大多会采用在悬挂点处增加一个倒Y形的弹性吊索，称为弹性简单悬挂，同样为改善驰度大的状况，常采用加装补偿装置的措施，称为带补偿的弹性简单接触悬挂。由于简单悬挂方式建造费用低，施工方便维修简单，城市电车或轻轨往往采用这种悬挂方式。地铁为了减少隧道净空，采用以弹性支座或弓形腕臂作支持部件的简单弹性悬挂。
（2）链形悬挂
链形悬挂是指接触线通过吊弦悬挂到承利索上的悬挂。链形悬挂承力索悬挂于支柱的支持装置上接触线通过吊弦悬挂在承力索上，使接触线增加了悬挂点，调节吊弦可以使整个跨距内接触线对轨面保持一致高度，接触网弹性均匀。由于接触线是悬挂在承力索上的，因而基本上消除了悬挂点处的硬点，使悬挂线的弹性在整个跨度内都比较均匀。链形悬挂比简单悬挂性能好得多，但结构复杂、投资大、施工维修调整较为困难。
（3）刚性悬挂
刚性悬挂又称刚性接触网，是将传统的接触线夹装在汇流排中，用汇流排取代了承利索，并靠它自身的刚性保持接触线的固定位置，使接触线不因重力而产生较大驰度。由于地铁隧道供电导线上方空间有限，链形悬挂一般采用冷拉电解铜接触线。刚性接触网节省隧道净空，可靠性高，耐磨性好，接触网零件简单，维修成本大大降低。
1.2 三轨接触网
三轨接触网系统是沿线路敷设专为电动车辆授给电能的系统。三轨接触网是沿轨道线路敷设的附加接触轨，从电动客车转向架伸出的受流器通过滑靴与第三轨接触而取得电能。接触轨可以有三种方式，即上接触式、下接触式和侧接触式。
（1）上接触式
上部授流方式为接触轨正放，车辆受流器通过与接触轨的上顶面接触获取电能。上接触式优点：结构简单，设备费、维护和更新费用较低。缺点：因结构的局限性，带电接触轨的安全防护性能较差。接触面上积累尘屑，加速接触轨和受流器的磨损，潮湿环境会增加短路故障发生概率。
（2）下接触式
下部授流方式为接触轨倒放，车辆受流器通过与接触轨的下底面接触获取电能。下部授流方式的优点：接触轨的安装高度及水平方向均可作适度调整，不需要设计多种高度的零部件就可以满足实际需要。下部授流接触轨系统的防护罩对带电接触轨的防护性能更好，带电接触轨不容易被无意识地碰触到，利于人身安全防护。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆下部接触方式遮挡雨雪、避免尘屑的条件也优于上部接触方式，能较好确保牵引网系统的安全可靠运行。缺点：相对于上部授流接触方式而言，结构较复杂，设备费、维护和更新费用较高。
（3）侧面接触式
侧部授流方式为接触轨侧放，受流器接触面与道床面垂直。侧面接触式就是接触轨轨头端面朝走行轨，集电靴从侧面受流。侧部授流方式的特点是适用于“牵引轨+回流轨”（即“三轨+四轨”）的布置形式。
二、两种接触方式比较
2.1、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。而封闭运行的城市铁路或轻轨采用架空线或第三轨都能保证安全，但是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。
2.2、从建设费用来看，假若线路采用1500V输电方式，如果电站配置得当，比750V可以少建近一半变电站，供电设施大约只相当750V三轨授流的70%左右。而且采用1500V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。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。从输电效率讲，因为线路损耗是与电流平方成正比的，尽管可以设辅助馈电线来减少线路阻抗，但DC1500V输电显然比DC750V损耗小、效率高。1500V电压变化率较小，电能质量较好，且由于杂散电流要小一半，有利于减少对地下金属建筑物的腐蚀。
2.3、使用悬挂式接触网，在城市中间密布支架和电线网，影响市容。而三轨授电，接触轨位置低，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，对电磁污染较易采取防护措施。
三、接触网类型选择分析
以广州地铁1号线为例进行分析，广州地铁1号线采用DC1500V刚性悬挂接触网，车辆段采用DC1500V柔性简单悬挂接触网。首先从电压等级上分析，电压等级越高，功率一定，电流变小，线路损耗与电流平方成正比，相应的线路损耗大幅下降，并且1500 V 电压变化率较小，电能质量较好，且由于杂散电流要小一半，有利于减少对地下金属建筑物的腐蚀；再者，随着城市规模的扩大，城市人口的增加，我们需要速度及载客量都越来越大的客车，而较高的电压在同等条件下能够传输较大的功率，电压等级提高是必然趋势，所以选用DC1500比DC750要好。再从悬挂形式上分析，首先说车辆段，车辆段车速低，对接触网的要求低，而柔性、刚性和第三轨中，以柔性简单悬挂所需费用最低，所以车辆段为柔性简单悬挂接触网；正线因为车速高、密度大、间隔小，对于设备的安全性可靠性要求比较高，三种形式中刚性接触网和第三轨安全可靠性比柔性接触网要好，无张力无断线之忧。导流性能上刚性和三轨接触网区别不大，但是三轨接触网离地面比较近，对轨道信号有一定的不利影响，并且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，所以现在架空刚性接触网目前成为一种趋势，所以西广州地铁1号线采用刚性架空接触网与柔性接触网相结合的制式非常科学合理。
四、案例分析
11月13日，南宁轨道交通3号线全线接触网送电成功，这是南宁轨道交通3号线继全线变电所及环网35kV“电通”后又一重要里程碑节点的实现，为接下来列车上线热滑工作的开展打下了坚实的基础。
南宁轨道交通3号线的供电系统主要由110kV主变电站、变电所、环网电缆、接触网、变电所综合自动化等系统组成。接触网送电是轨道交通建设过程中的关键节点目标之一。在接触网专业施工过程中，建设分公司精心组织两个供电系统施工单位，合理安排接触网专业与轨道专业施工工序，督促施工单位严格按照《供电系统验收标准》及建设分公司编制的标准化图集施工。
为了确保本次接触网送电能按计划一次性送电成功，建设分公司组织参建单位编制了详细的送电方案，对送电过程中的操作程序、人员和车辆组织、01标和02标送电之间的配合、应急救援等相关措施做了充分的准备工作。同时，建设分公司紧盯整个接触网送电的过程，要求施工单位严格按照预定的方案组织送电，从而确保本次接触网送电圆满成功。
结束语
综上所述，无论架空接触网还是第三轨授电，柔性悬挂还是刚性悬挂，都因其不同的特点而应用于不同的城市轨道交通线路，都是可行的牵引接触网形式，在各自的应用领域中仍不断发展进步，不存在孰优孰劣的问题。然而因各个城市建设轨道交通的目的、战略意图的不同，接触网制式的选择也有不同。
参考文献：
[1]郑瞳炽，张明锐. 城市轨道交通牵引供电系统. 北京：中国铁道出版社，2013.9
[2]胡一洲. 城市轨道交通架空接触网的悬挂类型.中国铁路，2014.5.
[3]夏景辉，胡一洲. 架空接触网系统及其城市景观功能.城市轨道交通研究，2013.6.
[4]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.成都：西南交通大学出版社，2015.6.
论文作者:胡坤
论文发表刊物:《防护工程》2019年第3期
论文发表时间:2019/5/21
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