城市轨道交通供电制式分析探讨.docx
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城市轨道交通供电制式分析探讨
城市轨道交通供电制式分析探讨
摘要:
本文介绍了国外快速轨道交通的供电制式情形,总的来看,采纳DC750V电压第三轨馈电的,占%。
采纳DC1500V电压架空接触网馈电约占%。
文章还对城市轨道交通的两种供电方式,进行了分析比较。
以为在设备投资方面,DC1500V接触网供电系统与DC750V第三轨供电系统大体持平。
DC750V第三轨系统具有6大优势:
施工安装和故障抢修方便、区间隧道土建费用低、供电靠得住性高、利用寿命长、维修工作量小,维修费用低和城市景观成效好。
快速轨道交通作为一种现代化的交通设施,在建设中人们关于城市景观成效、爱惜环境愈来愈重视。
关键词:
电流电压第三轨接触网馈电方式,平安景观
1城市轨道交通供电制式简述
供电系统的组成
城市轨道交通列车,是以电力为能源的电动车组,列车在运行进程中不断地从牵引网上获取电能,一个平安靠得住的供电系统,是保证轨道交通平安运营的首要条件。
城市轨道交通的供电系统,由变电所、接触网(接触轨)和回流网三部份组成。
变电所通过接触网(接触轨),由车辆受电器向电动客车馈送电能,回流网是牵引电流返回变电所的导体。
牵引网的供电制式要紧指电流制、电压品级和馈电方式。
目前世界城市轨道交通的直流牵引电压品级,有DC600V、DC750V和DC1500V等多种;我国国家标准<<地铁直流牵引供电系统>>,规定了DC1500V和DC750V两种电压制。
牵引网的馈电方式分为架空接触网和接触轨两种大体类型。
其中电压制与馈电方式是密不可分的。
一样DC1500V电压采纳架空接触网馈电方式。
DC750V电压采纳第三轨馈电方式。
供电制式选择原那么:
在选择城市快速轨道交通供电制式时应遵循以下原那么:
1供电制式与客流量相适应
客流量是轨道交通设计的基础。
依照预测客流量大小,选择适用的电动客车类型和列车编组数量,一样大运量的轨道交通系统,采纳DC1500V电压和架空接触网馈电,中运量的系统采纳DC750V和接触轨馈电方式。
2供电平安靠得住
地下铁道是城市交通的骨干,一但牵引网发生故障,造成列车停运,就会阻碍市民出行,引发城市交通混乱。
因此,平安靠得住是选择供电制式的最重要条件。
3便于安装和事故抢修。
选用的牵引网应便于施工安装和日常维修,一但发生牵引网故障,应便于抢修,尽快恢复运营。
4牵引网利用寿命长,维修工作量小,是降低轨道交通运营本钱的重要条件。
5城市轨道交通是城市的基础设施,应注重环境和景观成效。
2国内外轨道交通供电制式的应用情形
国外情形
1供电制式
从1863年伦敦建成世界上第一条地下铁道以来,在近140年的时刻内,各国已有近百座城市修建了城市轨道交通。
就电压制式而言,在不同的国家和城市,有不同的电压品级。
目前接触网系统的电压品级有DC600V、750V、1100V、1500V和3000V等多种。
接触轨系统的电压品级有DC600V、630V、700V、750V、825V、900V、1000V和1200V等多种。
地铁与轻轨杂志曾介绍过“世界地下铁道概况表“,表中列举的82条快速轨道交通线中。
采纳接触网馈电的有19条,约占总数的%,采纳第三轨馈电的有63条,约占总数的%。
上述情形说明,DC1500V接触网和DC750V第三轨馈电都是可行的。
从世界范围来看,采纳第三轨馈电的占多数。
2当前进展趋向
目前,为了降低工程造价,各国城市快速轨道交通有向地面线和高架线进展的趋向。
随着人们环保意识的增强,愈来愈重视轨道交通的城市景观成效,因此,新建的轨道交通系统采纳第三轨馈电的日趋增多。
例如,1990年建成的新加坡地铁、号称集中了世界最先进的技术,为爱惜旅行城市环境,采纳第三轨馈电。
最近几年新建的吉隆坡轻轨、曼谷地铁、德黑兰地铁,都采纳DC750V第三轨馈电。
最近几年来,有人说第三轨馈电是陈腐掉队的技术,接触网是先进技术。
这是一种片面的说法。
衡量一条地铁是不是先进,应该是它的自动化水平高低,运算机技术和信息技术应用程度,和是不是符合环保要求和景观成效,而不是采纳了那种供电方式。
这种说法对我国城市快速轨道交通的健康进展是十分有害的。
.国内情形
我国自1969年建成北京第一条地下铁道以后,接踵已有天津、上海等6个城市的快速轨道交通投入商业运营。
其中北京和天津地铁采纳DC750V第三轨馈电。
上海、广州和大连采纳DC1500V接触网馈电。
长春轻轨采纳DC750V接触网馈电。
正在筹建或将要运营的轨道交通的城市,南京和深圳地铁采纳DC1500V接触网馈电。
苏州、杭州、武汉和青岛采纳DC750V第三轨馈电。
3两种供电制式分析比较
设备施工安装比较
架空接触网悬挂在钢轨轨面上方4040mm处。
由承力索、滑触线、馈电线、架空地接、绝缘子、支柱、支持与悬挂另部件、隔离开关、电缆及拉锚装置等组成,结构比较复杂。
另部件较多。
架空接触网施工安装时,因作业面较高,作业不方便,安装调整比较困难。
需要利用专用的架线车和大型机具,施工费用较高。
第三轨安装在车辆走行轨外侧700mm处,高出轨面140mm。
由导电接触轨、绝缘子、绝缘支架、防护罩、隔离开关和电缆组成,结构比较简单,另部件较少。
第三轨安装高度较低,钢铝复合接触轨每延米重量为,施工安装方便,施工机具简单,施工安装费用较低。
设备投资比较
现以青岛地铁为例,对两种供电制式的设备投资进行比较。
青岛地铁第一期工程长约,全数为地下线,设13座车站。
采纳以主变电所为主的混合式供电方案。
除去两种供电制式相同部份设备的投资(2座主变电所、车辆段的1座牵引降压混合变电所和两座降压变电所、10kV电缆网络),对两种供电制式下可比部份的设备投资比较如下:
1DC1500V架空接触网方案,
青岛地铁第一期工程,采纳DC1500V架空接触网方案,正线上设牵引降压混合变电所6座,设降压变电所7座。
按牵引降压混合变电所每座造价1000万元,降压变电所每座造价400万元,架空接触网(柔性隧道内)每千米造价165万元计算,系统中可比部份的造价为14262万元。
2DC750V低碳钢接触轨方案
采纳DC750V低碳钢接触轨方案,正线上设9座牵引降压混合变电所,设4座降压变电所。
该方案变电所的单价与DC1500V架空接触网方案相同,接触轨每千米造价按103万元计算,系统中可比部份的造价为14009万元。
3DC750V钢铝复合接触轨方案
钢铝复合接触轨是由不锈钢带,通过机械方式,与铝合金型材相结合制成的接触轨。
其特点一是重量轻,每延米重;二是电阻率低,牵引网损耗小;三是供电距离较长。
青岛地铁第一期工程,采纳DC750V钢铝复合接触轨方案,正线上设7座牵引降压混合变电所(接触网方案为6座),设6座降压变电所。
钢铝接触轨每千米造价按125万元计算。
系统中可比部份的造价为13538万元。
由此可见,以设备投资而论,架空接触网方案和低碳钢接触轨方案大体持平。
钢铝复合接触轨方案造价最低。
供电靠得住性比较
地铁天天运营18小时,必需保证不中断地供电。
一旦供电中断,就会造成地铁停运,打乱城市交通秩序。
因此,平安靠得住的供电是选择供电制式的重要条件。
1架空接触网系统
柔性架空接触网结构复杂、固定支持零部件较多。
因此薄弱环节也多。
一旦某个零部件发生问题,会引发滑触线脱落、乃至发生刮弓等恶性事故。
另外,架空接触网靠导线张力维持其工作状态,通过量年磨损及电弧烧伤,导线的截面会慢慢减小,其强度也随之降低。
加上导线材料的缺点,在拉锚装置及故障电流作用下,极易发生滑触线断线事故。
造成地铁停运。
上述架空线事故,国内几家地铁已发生多起。
2001年7月上海地铁1号线,因架空线断线,造成部份路段停运近2小时。
香港地铁于八十年代初建成,采纳DC1500V架空线供电。
建成后多次发生架空线断裂,造成地铁长时刻停运,引发地面交通瘫痪的重大事故。
例如,1991年3月12日的香港报纸,曾用夺目题目报导地铁架空线断裂事件:
地铁连串故障几瘫痪,引致港九交通大混乱,逾七小时方恢复正常,令五十万乘客受阻碍。
荔景站滞留4小时,乘客获发“证明书”。
报纸还披露地铁1986年在港岛线,1987年在荃湾线,亦曾因接触网故障,造成停运五个半小时以上的事故。
香港1991年6月19日的报纸,报导了九广电气化铁路(九龙—罗湖)因接触网故障,造成停运事故。
称:
遭截断电线长达一千米,火车瘫痪十二小时,二十五万乘客受阻碍。
该报纸还刊登了“九铁故障算陈帐”记年表。
例举了1982年至1991年该线发生的39起停运事故。
其中因架空接触网故障引发的停运事故为14起,占故障总数的%。
每次故障停运时刻在2—7小时,最长的达12小时。
上述事实说明,架空接触网供电的靠得住性较差。
一旦发生断线事故,因高空作业也不便于抢修。
2接触轨系统
接触轨系统的另部件少,结构比较简单,牢固耐用,不存在断轨和刮碰受流器等事故隐患,北京和天津地铁的三轨系统利用近30年,从未发生过因接触轨故障造成列车停运事故。
由此可见,接触轨供电系统的靠得住性较高。
一旦发生事故,抢修也方便快捷。
利用寿命比较
接触网的利用寿命,关系到接触网更新改造的再投资。
依照我国电气化铁路的规定,接触网导线断面许诺磨耗量为33%,磨耗到限的导线必需及时改换。
按此标准,国产架空接触导线的设计利用寿命为15年,实际利用寿命可能略大一些。
入口接触线的利用寿命可达20年。
确实是说采纳架空接触网供电,系统每隔15—20年就需要改换一次滑触导线。
接触轨的特点是牢固耐磨,利用寿命长。
我国地铁考查人员在伦敦地铁看到了利用100年的第三轨。
前几年,北京地铁曾对低碳钢接触轨磨耗状况进行过检测,通过20连年的运营,其磨耗量不到5%。
按此推算接触轨利用100年其磨耗量也不到25%。
与此相较,架空接触网在100年内须改换5—6次滑触线。
运营单位需要一次次地再投入资金。
因此,从利用寿命和节约投资考虑,接触轨方案具有较大优势。
维修及治理费用比较
1架空接触网系统
架空接触网在运营中维修调整工作量较大,需要组建接触网维修工区。
依照国家电气化铁路规定,一个接触网工区定员需25人,配备专用的接触网检查车,承担10km左右线路接触网的维修任务。
按此计算,一条20km长的地铁,需要设2个接触网工区,定员约50人。
接触网工区的车辆、机具设备、和人员工资福利等,使运营治理单位每一年要付出一笔专门大的维修费用及治理费用。
另外,在日常运营中,假设接触网发生断线事故,接触网维修车无法开进隧道内,全靠人工抢修。
由于作业面高,抢修很困难。
香港地铁最长的抢修时刻达12小时。
2接触轨系统
采纳第三轨供电,其结构简单牢固耐用,几乎不用维修。
北京地铁没有专职的三轨维修人员。
由线路维修人员兼顾三轨维修。
平常三轨维修的内容有,擦拭绝缘瓷瓶、检查馈电线接头焊点、调整三轨安装位置、检查防爬设备、调整三轨弯头。
,这些简单的维修工作,不需要大型机具设备,所花维修费用较少。
因为三轨牢固耐用,也不存在断轨抢修问题。
土建费用比较
快速轨道交通的土建费用,与工程地质条件和施工方式有关。
地下车站明挖施工,与供电制式无关,盾构法施工的区间隧道断面,两种供电制式相同,不需要进行比较。
用明挖法施工的区间隧道,两种供电制式的净空高度不同,具有可比性。
我国地下铁道限界标准规定,DC1500V架空线系统的隧道净空高度为;DC750V三轨系统的隧道净空高度为。
二者相差。
按此计算,DC750V三轨系统,每延米区间隧道(双线),可节约钢筋混凝土,每千米隧道可节约投资46万元。
用矿山法施工的直墙拱型隧道,DC1500V系统与DC750V系统,净空高度相差。
每千米隧道减少开挖量2350m3,可节约投资约70万元。
城市景观成效比较
随着人们环保意识的增强,愈来愈重视城市环境和景观。
上海地铁3号线建成以后,人们开始反思架空接触网对城市景观的负面阻碍,事实上那个问题十年以前,在国外已经引发重视。
1990年建成的新加坡地铁67km线路,1998年马来西亚吉隆坡建成的两条高架轻轨,和1999年建成的泰国曼谷轻轨,从城市景观成效考虑,均采纳第三轨馈电。
北京地铁13号线,以地面线和高架线为主,采纳第三轨馈电。
其景观成效受到了市民的称赞。
前年在杭州地铁的一次评审会上,上海某知名专家,就供电方式问题发表了自己的观点。
他说:
上海地铁1号线那时预测的客流量较大,选用A型车8辆编组,车组重量达440t。
依照如此大的负荷确信系统采纳DC1500V架空线供电。
关于一些中等城市,客流量不是专门大,选用B型车6辆编组,车组重量不超过300t。
在这种线路上,选用第三轨供电比较适合。
他还说:
此刻看来,架空线系统适合用在地下线。
用在高架桥上和地面线上,那么多的电线和电线杆太难看,阻碍城市景观。
专门是旅行城市更要考虑到城市景观成效,应该采纳第三轨供电。
广州地铁总结了过去的体会,已确信在地铁4号线上采纳DC1500V电压的第三轨馈电方式。
由此看来,从城市景观成效考虑,第三轨系统有较大的优势。
人身平安比较
系统采纳DC1500V架空接触网,其滑触线悬挂在线路上方4m处,可不能对轨道维修人员及发生事故时人员快速疏散带来阻碍。
平安性较好。
目前,正在研究中的城际间快速轨道交通系统,采纳地面线和高架线形式,城市景观退居次腹地位。
出于人身平安考虑,偏向于采纳架空接触网馈电。
DC750V三轨系统,接触轨安装在走行轨隔壁,高度较低,在接触轨带电情形下,人员进入隧道,或发生事故时人员快速疏散有必然的危险性。
因此,从人身平安考虑架空接触网系统具有优势。
实践说明,由于在三轨上安装有绝缘防护罩,北京地铁运营30连年来也未发生工作人员和乘客被电击伤的事故。
牵引网能量损耗比较
牵引网系统的能量损耗,与牵引网的电压制和馈电方式有关。
在列车功率相同的条件下,牵引网电压和列车电流成反比。
即牵引网电压提高一倍,其列车电流也减少一倍。
因此DC1500V系统比DC750V系统的列车电流减小。
列车电流是沿着牵引网的散布负荷,变电所的间距增大,牵引网的馈线电流成正比增大。
DC1500V系统的变电所间距比DC750V系统大,二者牵引网上的实际馈线电流不是1:
2的关系。
而应该是1:
的关系。
另一方面,架空接触网上的线路电阻为23—27mΩ/km,而钢铝复合三轨的线路电阻为8mΩ/km,仅为架空接触网电阻的1/3。
依照电能消耗公式:
W=I2Rt计算,钢铝复合轨牵引网的电能消耗要比架空接触网的能耗小。
杂散电流侵蚀防护比较
杂散电流侵蚀防护是综合而复杂的工程,它涉及供电制式、轨道扣件、工程结构、接地系统、金属构件等许多方面,同时又贯穿于设计、施工、运营、监测、后期处置等各个环节。
某一个环节处置不妥,均会产生杂散电流侵蚀。
供电制式是阻碍杂散电流侵蚀许多环节中的一个。
要定量地分析它对杂散电流的阻碍比较困难。
定性地说,由于DC1500V系统与DC750V系统,均按最大电压损失来计算确信牵引网,DC1500V系统的钢轨电位,比DC750V的钢轨电位要高。
因此,DC1500V系统的杂散电流值较大。
4终止语
通过对两种供电制式的比较,能够看出,从工程一次投资比较,DC1500V架空接触网方案最高,DC750V低碳钢三轨方案次之,DC750V钢铝复合轨方案最低。
采纳DC750V钢铝复合轨系统,也能够减少牵引变电所数量。
DC1500V架空接触网方案,在人身平安方面具有优势。
DC750V三轨方案具有6大优势:
即施工安装和故障抢修方便,区间隧道土建费用低,供电靠得住性高,利用寿命长,维修工作量小维修费用和治理费用低,城市景观成效好。
在我国城市化进程中建设的快速轨道交通,应该高起点,注重城市景观成效,为子孙后代造福。
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