现代有轨电车供电模式的探讨论文_张灿明

摘要：本文介绍了接触网和超级电容设备基本情况，以苏州高新等有轨电车公司为例子，从设备差异，安全可靠性，建设及运营成本等方面对比分析接触网和超级电容供电模式的优缺点，可为现代有轨电车建设供电方式选择提供参考。

关键词：有轨电车；超级电容；接触网；供电模式

现代有轨电车最大的区别是供电的模式不同，超级电容供电与接触网供电是最主要的两种发展模式之一，近年超级电容技术得到快速发展和应用，部分有轨电车线路已使用超级电容作为供电方式。目前采用超级电容供电且已运营的线路有广州海珠有轨电车，淮安有轨电车，武汉光谷有轨电车；采用传统接触网供电方式的主要有上海松江有轨电车，浑南新区现代有轨电车，青岛城阳有轨电车，成都R1示范线等等。

1设备情况

超级电容供电系统的地面设备与接触网供电相比，突出表现在取消接触网设备，与环境融为一体，具有较好的景观性；每个站台额外增加充电装置，有的直接将变压整流设备设在车站，10kV及整流器等高压设备与接触网供电均相同，只是安装位置不同。

广州海珠有轨电车超级电容供电模式，采用10kV直接供至车站，在车站进行变压整流。在直流供电方面是在站台安装2.4G射频读卡器，车顶设置电子标签，通过读卡器读取电子标签来检测列车受电弓的位置，从而触发充电装置开关吸合，对列车进行受电。一般每个站台设置一套充电装置，当车辆进站时，从最低电压到完全充满的站内最大充电时间（含动态及停车充电）不大于30秒，可供运行3至5km。在车站充电过程需要进行回流，在区间运行过程中无钢轨无电流。

广州海珠有轨电车供电系统

淮安有轨电车采用集中供电方式，将降压，整流设备集中在变电所中，输出DC1500V给车站，这样设备更加集中，便于维护及管理，减少车站高压设备，降低风险，但由于长距离低压传输，电能损耗相对更高。

淮安有轨电车供电系统

2安全可靠性

2.1安全性

超级电容在技术层面安全性高，在实际运用层面安全性仍在检验中。超级电容器的储能原理为双电层原理，依靠离子与电子形成的电层存储电能，正负极板材料均为稳定的碳材料。在充放电过程中没有电极碳材料得失电子的法拉第反应，可称为物理储能，不存在类似电池的电化学反应过程，无爆炸、起火危险，超级电容使用寿命10年，可以充电100万次，产品通过检验鉴定，在技术层面安全性完全符合要求，主要风险是储能装置可能在后期会存在衰减。相对接触网高压设备分布广，高压带电设备多，超级电容供电直流高压设备相对集中，便于管理。在实际运用层面，超级电容属于新技术新产品，而接触网属于成熟的供电方式，安全可靠，在世界各地发展有了几十年的应用历史，超级电容技术应用时间较短，仍需大量的运行数据和经验支撑，特别是在后期的安全性，故安全性有待检验。

2.2可靠性

超级电容充电模块和充电柜装置故障率较高，受外界影响小，接触网供电可靠性高，受外界因素影响较大。据了解目前电容充电模块容易烧毁，车辆进出站时充电柜发生过流过压跳闸的故障率较高，其检测车辆进站的车载电子标签和读卡器的故障也较高，会造成充电车辆出站充电柜未及时关闭，充电轨上带电导致弓轨拉弧有大电流，造成充电柜开关跳闸。由于每充电一次能够运行两三个站，因此能够满足运营需要。

3运维成本情况

3.1运营维护的人力成本大幅降低。超级电容设备的管理在供电专业中纳入变电专业管理，只需要增加2—3个对应专业技术员人员即可。接触网由于专业性强，受外界因素干扰大，必须有相应的应急保障队伍，且单次作业人员多，一个维护抢修队伍大约18-20人，接触网维护人力成本每人每年按10万核算，每年至少相比多150万以上。

3.2维护物料、专用工具成本大幅降低。接触网供电方式需配备激光接触网检测仪，梯车，杂物杆，张力转接器等接触网专用工器具，相应维修备料及备件较多。接触网大修周期一般为10-15年，需要对接触网磨损严重超标、绝缘能力不足的设备进行区域性整体更换，接触线磨耗达到25%，需将整个锚段接触网进行更换，工作量和物料消耗较大。充电装置设备寿命一般也是10年，实际寿命可能更短，但更换的成本相对较小。定期试验检修，有一定物料消耗，但总量不大，由于建设的时候考虑到可靠性，均会在每个站台设置备用设备，因此专用的备品备件相对接触网设备基本可以忽略不计。

3.3减少迷流造成的管道影响及成本。超级电容供电方式仅站台区间需要钢轨回流，区间运行过程中无需钢轨回流，可减少杂散电流对周围环境设备的影响，更加环保。接触网供电，全线利用钢轨回流，需要进行杂散电流处理，对轨道旁地下线网，管道存在一定的电磁腐蚀，随着运营时间的增长将会更有所增长。

3.4能耗成本：超级电容与接触网能耗水平基本持平。海珠有轨电车2015年牵引单位能耗约2.7kWh/km，淮安有轨电车单位能耗约为2.5kWh/km，对应苏州有轨电车1号线2015年牵引单位能耗约2.9kwh/km。牵引单位能耗除考虑运行工况以外，受当地气候条件影响较大，考虑到苏州、淮安、广州的气候差异，载客情况，判断列车牵引单位能耗基本持平，超级电容略低。

4建设成本

从建设总体成本考虑，超级电容建设成本较接触网略低。海珠有轨电车试验段线路长约7.7km，共设置10座车站，均为地面站，设置停车场一座，建设成本约1亿元/公里。淮安有轨电车线路全长20.07公里，共设车站23座，建设成本约1.6亿元/公里。对应苏州有轨电车1号线线路全长18.19公里，全线设10座车站，车辆段1座，控制中心1座，建设成本约1.7亿元/公里。因海珠属于试验段，此处以淮安有轨电车成本1.6亿/公里作为比较。建设成本分项分析：

4.1两种方式前期的设备投入成本基本相当。超级电容减少了接触网，但需要在车辆上增加大量的设备，另外车站需要安装充电装置等设备。因此与接触网式总体设备投入相当。

4.2超级电容迷流防护成本大大减少。超级电容仅车站区间需要铺设约100m的迷流防护网，工程量较小，接触网供电方式全线需要铺设迷流防护网，工程量为无网的20以上倍。

超级电容与接触网情况对比分析

4.3超级电容土地成本降低约11.8%。超级电容储能式有轨电车双线土地占用面积相对较低，占用较少的道路空间，见下图所示，超级电容轨行区约7.05m，接触网轨行区约8m，少占用约11.8%道路空间，从而土地使用成本相对较低。

5小结

综上所述，超级电容供电模式与接触网供电模式相比总体上有优势，超级电容模式总体成本相对更低，更加环保，但安全性可靠性仍有待检验。超级电容储能装置可能在后期会存在快速衰减是目前主要的风险，此外充电装置故障率较高，仍需关注充电装置的可靠性和故障率，随着超级电容应用运行数据积累和技术发展，将会日趋稳定成熟，其优势会更加明显。

参考文献

[1]《基于超级电容储能的新型有轨电车供电系统设计研究》.康积涛.

[2]《现代有轨电车无接触网供电方案比较分析》.张海军,马永红.

论文作者:张灿明

论文发表刊物:《基层建设》2019年第29期

论文发表时间:2020/3/16

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