浅谈地铁受流方式的选择 中国地下铁道工程设计咨询公司 包国兴 于松伟 近几年来，由于城市公共交通事业日益发展，全国已有十多个城市在进行地铁与轻轨交通工程的筹建、设计、施工。其中在牵引供电系统的方案设计中，几乎每个城市都会遇到如何选择受流方式这一问题，而对此的观点众说不一。下面就我们所了解的情况谈谈看法。一、国内外地铁受流方式的概况 所谓受流方式，这里是指牵引电流馈送到电动车辆上去的方式。一般分为接触轨（又称第三轨）方式和架空接触悬挂方式。接触轨方式又分为上磨式、下磨式和侧磨式；架空接触悬挂方式又分为柔性架空接触网方式和刚性架空接触悬挂方式。 自1863年—1989年全世界共有34个国家79个城市修建了地铁，线路总长度达5000公里。从城市数量来看，采用三轨方式的有56个，采用架空方式的有16个，两种形式都采用的有6个，有一个城市是缆索地铁。从线路长度来看，采用三轨方式的线路长度约3319公里，占线路总长度的66.3%；采用架空方式的线路长度约590公里，占线路总长度的11.8%；其中1095公里资料不详。在已经注明采用三轨方式的3319公里线路中，地下线路长度约1515公里，占45.6%；地上线路长度约1320公里，占39.7%；其中488公里资料不详。在已经注明采用架空方式的590公里线路中，地下线路长度约203公里，占34.4%；地上线路长度约131公里，占22.2%；其中256公里资料不详。 由此可见，两种受流方式在不同的城市、不同的线路条件下，都得到了广泛的应用。 由于地铁的发展历史比较长，因而不同国家、不同时期采用的电压等级也多种多样。三轨方式采用的电压等级有直流600伏、630伏、700伏、750伏、825伏、900伏、1000伏、1200伏等；架空方式采用的电压等级有直流600伏、750伏、1000伏、1100伏、1500伏、3000伏等。近期修建的地铁，为便于和国际电工委员会（IEC）的标准相一致，三轨方式大多采用直流750伏，架空方式大多采用直流1500伏。 刚性架空接触悬挂方式目前主要在日本使用，下面着重谈谈直流750伏三轨方式和直流1500伏柔性架空接触网方式（简称架空网方式）。二、决定受流方式的因素 从受流理论上说，由于地铁电动车组的运行速度不是很高，三轨方式及架空网方式的离线率等技术数据都在规定的范围内，二者都能满足受流稳定性的要求。而且多年的实际运行经验也充分证明：两者都是切实可行的。但在具体工程中，二者又各有利弊，对每个城市而言，各城市应根据自身地铁工程的特点，选择适合于本城市的受流方式。三轨方式适合于具有下列特点的城市： 1、 投资紧缺，资金主要来源于国内，因为我国对于三轨方式的设计、施工及运营管理已积累了一套成熟而完备的经验技术，所有三轨方式下的设备已完全具备国产化能力。而目前国内对设计像西门子那样小结构高度的柔性架空网还有一定困难。假如要采用架空网方式，势必需从国外引进。而这比采用三轨方式要花费更多的资金。例如上海地铁，根据目前情况初步估算，采用德国西门子技术，架空网约为1817.3万马克（约合5800万人民币），牵引变电所（7座）约为1768.4马克（约合5700万人民币）；而采用国内的技术与设备（受流方式采用直流750伏三轨，牵引变电所用国产设备）三轨约需2000万人民币，牵引变电所（11座）约需4500万人民币。 2、 地铁线路以地下或高架为主，地面线亦均为专用道。这样完全可以避免三轨与其它道路平交而带来的不便，以及对人畜的触电威胁。 3、 当时已有三轨方式的地铁线路在运营时，新建线路采用三轨可以使新旧线路的受流方式一致，方便行车交路的变换及运营管理。而架空网方式则适合于具有下列特点的城市： 1、 投资主要来源于国外货款。因为国外某些国家的架空网技术已基本成熟（如德国西门子的柔性架空网，日本的刚性架空接触悬挂）。现正在设计施工中的上海地铁，之所以采用了德国西门子的柔性架空网，其中一个重要的因素是受德国货款的影响。 2、 已有架空网方式的地铁线路在运营，或地铁系由郊区地面电气化铁路改建，并向市内延伸，便于新旧线路的衔接。五、受流方式的选择及其相关问题1、 限界（隧道结构断面尺寸）问题 对于（明挖）矩形隧道结构断面，如北京地铁的Ⅰ、Ⅱ期工程，三轨方式明显比架空网方式所需的净空低（二者所需的宽度是一样的），故三轨方式要比架空网方式（尤其是国内柔性架空网）节省土建投资。 对于（暗挖）马蹄形隧道结构断面，如北京地铁“复兴门——八王坟”段工程，基本和矩形隧道结构断面一样，决定隧道结构断面宽度的是车辆限界及电缆等设备敷设（安装）所占用的设备限界，而不是三轨；而对于架空网方式，只要拱顶至车顶的自然净空能满足架空网结构高度的要求，那么也不会使断面特殊增加高度。 对于圆形隧道（盾构）结构断面，如上海Ⅰ线工程，在按西门子架空网布置所需盾构直径不增大的情况下，只要将道床加高，三轨便可按北京的方法进行安装。2、 客流量问题 三轨方式和架空网方式都能满足客流量的要求。有资料表明，84年莫斯科地铁（三轨方式）线路全长216公里，其年客运量24.26亿人次。像香港、上海地铁假设按三轨方式设计也完全可以满足其客流量的要求。3、 杂散电流腐蚀防护问题 直流1500伏架空网和直流750伏三轨相比，由于牵引网供电电压的提高，在相同的线路条件及规范允许的线网电压损失情况下，杂散电流的瞬时值将增大，不利于其腐蚀防护。值得一提的是：在大运量的情况下，走行轨上的电压损失约占牵引网电压损失的1/3，此值在直流1500伏系统下极易超过规定的安全电压值。4、 再生能量的利用问题 如何利用再生能量？其解决办法是多样的，应从系统上综合考虑，例如加大发车密度，减小列车编组等等。三轨供电虽变电所间距较近，再生能量的利用问题，也是可以解决的。5、 供电可靠性与事故抢修问题 柔性架空网靠导线的张力维持其工程状态，随着导线使用年限的推移，导线截面积减小，导线内应力必然会不均匀，因此断线的可能性是存在的。另外，柔性架空网结构复杂、固定支持部件较多，一旦某一个发生问题，将成造成接触线和定位装置低垂，极易发生“刮弓”事故。91年3月11日，香港地铁发生的事故就是一个例子。事故原因就是由不得架空网的一个绝缘子破裂所引起，结果使香港地铁全线瘫痪，停动8小时，影响了100多万人上班。此事故甚至引发了香港某些人士提出了“这种交通能否作为公共交通？”的疑问。可见，因接触悬挂是一种无备用的供电装置，我们对其供电的可靠性应加以充分的重视。而三轨方式，结构简单合理，不存在断线、刮弓等事故隐患，相对来说，供电可靠性较高，且事故抢修也要比架空网方式容易得多。6、 施工安装与运营维护问题三轨作业面较低，其施工安装都比较方便，运营维护也比较简单、费用也低；而架空网作业面较高，其施工安装调整都比较复杂，且运营维护工作量较大、费用也高。7、 人身安全问题 由于地铁线路与其他交通完全隔离，即使地面线上亦不存在安全问题。除前所述直流1500伏架空网方式下走行轨电压极易超过规定的安全电压值之外，三轨方式和架空网方式对轨道维修和车辆均不存在安全问题的影响。因为轨道维修是在停运后进行的，既然停运，那么三轨和架空网也随之断电，不存在对轨道维修人员的安全威胁问题。车辆的维修是在专门的列检、定修及架修线上进行的，三轨和架空网都不影响其正常作业。 当有人跌落站台时，固然，架空网方式下不会发生触电事故，但由于三轨敷设在站台“帽沿”底下，县加有防护罩，故三轨方式下触电的可能性也极小。 当列车在隧道中发生事故时，就疏散通道是否畅通而言，三轨方式下会给快速疏散乘客带来一定的影响，但并不存在触电的危险，因为事故发生时消防措施已保证三轨（或架空网）及时可靠地断电。四、结论 综上所述，直流750伏三轨方式和直流1500伏架空网方式都能满足受流稳定性的要求，在实际工程中，虽各有利弊但都是切实可行的。我们建议每一城市在选择地铁受流方式时，应从本城市地铁工程的实际特点出发，综合各相关因素，选择出适合本城市特点的受流方式。而决不能盲目地崇拜、仿效某一城市，或片面地强调某种受流方式的优劣。
