昆明地铁4号线牵引供电制式和授电方式探讨

李先敏，陶 磊

（昆明地铁建设管理有限公司，云南昆明 610011）

0 引言

现阶段我国众多城市的地铁线路工程、轻轨线路工程，主流牵引供电系统电压等级主要采用DC 750 V和DC 1500 V的2种授电方式。授电方式也称馈电方式，是指将电流从牵引变电所馈送到城市轨道交通列车的牵引网形式。城市轨道交通直流牵引供电系统，GB/T 10411—2005第7.1.1条规定：“向城市轨道交通电动客车供给电能的接触网，分为接触轨和架空接触网。架空接触网又分柔性架空接触网和刚性架空接触网。”这2种授电方式均可满足DC 750 V和DC 1500 V供电制式。架空接触网分为柔性悬挂方式、刚性悬挂方式2种；接触轨根据授电部位的情况也可以分成 3种方式，即上部授流方式、下部授流方式以及侧部授流方式。

1 牵引供电制式方案的多角度对比

目前，昆明城市轨道交通首期工程1，2号线、1号线延长线、6号线一期工程、3号线工程均已建成开通，牵引供电制式均采用DC 750 V接触轨供电，走行轨回流方式。在建的2号线二期工程、1号线西北延工程、6号线二期工程、9号线牵引供电制式亦采用DC 750 V接触轨供电，走行轨回流方式。为此，从多个角度对比昆明地铁4号线牵引供电制式选择的技术经济性。

1.1 牵引变电所分布

引变电所的分布需根据所建工程的线路情况、车辆型式及列车编组、行车组织方案等资科相关，通过牵引供电计算，经技术经济比选后确定。根据相关工程经验，对于同一条线路，与牵引网电压等级采用DC 750 V相比，采用DC 1500 V时可以减少牵引变电所数量。由于两种电压等级下的牵引变电所单元投资差异较小（每座引变电所投资差异在30万元人民币以内，设备用房面积也基本相同），因此，牵引网电压等级采用DC 1500 V时不仅可以节省大量的牵引变电所设备投资，也能有效地降低土建投姿。

1.2 牵引变电所安装容量

采用DC 750 V电压等级时，牵引变电所设置数量较多，而牵引整流机组的容量选择得考虑全线牵引整流机组容量等级不宜过多等因素，因此，一般情况下，DC 750 V全线牵引整流机组的总安装容量比采用DC 1500 V电压等级要大，牵引供电设备的利用率相对较低。

1.3 电能损耗

牵引供电系统的电能损耗包括电源系统损耗、牵引整流机组损耗和牵引网损耗3方面。淤DC 750 V和DC 1500 V这2种方案的电源系统的电能损耗可粗略地认为不变；于采用DC 750 V电压等级时，由于全线牵引整流机组的总安装容量大，因而牵引整流机组的空载损耗大；盂由于牵引网上流过的电流大，因而牵引网损耗大。由此可知，采用DC 1500 V电压等级时的电能耗比采用DC 750 V电压等级时小，相同电压等级下采用接触轨方式的电能损耗比采用架空接触网方式小。

1.4 授流质量及允许列车运行速度

（1）接触轨系统。接触轨系统在道岔区、人防门、防淹门、平交道口及需设置电分段的地方均须设设置断轨，虽然在接触轨的端部设置了具有适量纵向坡度的端部弯头，但集电靴滑入接触轨时仍会受到一定的冲击，如果列车速度过快，则可能会损坏集电靴或接触轨。此外，由于制造和安装误差，相邻2根（段）接触轨的滑动面会有细微的高差，列车高速通过时，可能会引起集电靴的跳跃，并在集电靴和接触轨间产生电弧，电弧会对集电靴和接触轨产生一定的损伤，并缩短集电靴的更换周期。因此，在采用接触轨授流方式时，为确保授流质量，通常允许的列车的最高运行速度会控制到相对较低的等级。目前城市轨道交通采用接触轨系统时，列车的最高运行速度，国内为120 km/h，国外为130 km/h。

（2）架空接触网。对于柔性架空接触网，如全补偿简单链形悬挂接触网采用了张力自动补偿装置，并通过吊弦调节接触导线高度，在某一特定温度下，接触导线处于无驰度状态，在整个跨距內接触导线至轨面保持相等的高度，基本消除了接触导线的硬点，可满足列车较高运行速度的要求。目前，采用链形悬挂接触网时，法国阿尔斯通公司的高速列车的最高试验速度已达到560 km/h，国内高铁列车的运营时速已达到380 km/h。

（3）刚性架空接触网。刚性架空接触网没有特殊硬点而且安装精度高、稳定性好、具有良好的弓网关系，授流质量较好。国内外的有关试验及实际运营表明，在列车运行速度达到160 km/h时，授电弓的取流也是比较平稳的，弓、网间的离线率极小。

1.5 安装结构

（1）接触轨系统主要由接触轨、绝像支架、防护罩等组成，结构简单。

（2）柔性空接触网由接触悬挂、支持装置、定位装置、支柱和基础组成；为满足城市轨道交通列车大电流的需要，柔性架空接触网除接触导线和承力索外，还需增设辅助馈线；并且接触导线和承力索均需设置张力补偿下锚装置，结构复杂。

（3）刚性架空接触网由接触导线、汇流排和支持装置组成，通过支持装置的埋入螺栓固定在隧道顶部。由于汇流排载流能力大，除汇流排和一根接触导线外，无须增设辅助馈线，并且接触导线和汇流排均采用无张力架设，结构较简单、紧凑。

1.6 工程实施

接触轨装位置低，安装、调整方便，不需要配置大型施工机械。接触轨发生扭曲变形后的矫正或按小曲线半径要求进行的预都可以在材料车间完成。接触轨的切割可以利用小型专用切割机具现场处理，工程实施容易。

架空接触网安装位置高，其道内打孔、隧道外立杆、支持装置装配、放线、调整均需配置大型专用机械。其中，柔性架空接触网号线呈柔性且带有较大张力，安装调整工作量大；刚性架空接触网的导线及型材刚性固定，调整工作量较柔性架空接触网小，但安装精度要求高。

1.7 城市景观

各方案在地下区段对城市景观均无影响，只是在地面和高架区段可能对城市景观产生影响。

（1）接触轨。接触轨安装位置低（距轨面高度臆0.5 m），对城市景观无影响。接触轨安装时充分利用车体下方空间，对高架桥体量无影响。

（2）柔性架空接触网。柔性架空接触网的安装位置高，接触网距轨面高度应符合规定，一般为4.8 m，最低高度逸4.4 m，允许的误差为±15 mm，导线坡度变化率臆2译，困难时应约4译，结构高度一般为1.1 m，支柱高度一般为（7～8）m，为了满足列车大电流的需要，导线数量较多，一般需要1～2根接触线、1根承力索、3～4根辅助馈线，另外还需设置1根架空地线，整个系统结构比较复杂。

1.8 车辆类型

昆明轨道交通4号线工程采用B型车，B型号车的授流方式具有一定的灵活性，既可采用架空接触网授流方式，也可采用接触轨授流方式，均满足工程实施性要求。

从供电电压采看，采用DC 750 V电压等级时，车辆的IG-BT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管）静止逆变器和110 V电源的价格较便宜，约为采用DC 1500 V电压等级时的60豫～70豫。但采用DC 1500 V电压等级时，车辆的牵引电机、逆变器等电气设备的体积小、重量轻，易于安装在有限的车体上、下部空间中，方便了设备布置，减轻了车体的重量。在相同电路电阻的情况下，车辆授电端的电压降仅为采用DC 750 V电压等级时的一半，这对车辆的启动、功率的发挥等都有极大的好处，并且车辆主回路的电流小、节省铜材效果明显，有利于车体轻量化。

表1 牵引供电方案技术经济比较

目前采用上述3种牵引供电制式的车辆，国内生产技术均成熟、可靠，都具备成熟的运营维护经验。

2 关于牵引供电制式的选择建议

根据昆明市轨道交通4号线工程的具体情况，3种可选方案的技术、经济综合比较见表1。

从表1可知，当牵引电压等级采用DC 1500 V供电时，有利于减少引变电所数量，减少工程投资，经济效益明显。因此，4号线工程摩引供电电压等级应选择DC 1500 V。同时，采用DC 1500 V架空接触网授流具有生产技术成熟、安全性好、初期投资小、允许运营速度高等优点，但也存在地上区段维护工作量大、对沿线城市景观有一定影响等缺点；而采用DC 1500 V接触轨授流，则具有生产技术成熟、对沿线城市景观无影响、维护工作量小等优点，但也存在安全性稍差、初期投资稍高等缺点。

昆明市是国际著名旅游城市，采用接触轨授流有利于维护高架区段沿钱城市景观。并且昆明市已建成的1，2，3，6号线轨道交通线路，均采用了接触轨授流，4号线工程采用接触轨授流有利于运营管理与维护。另外，火车南站是1，4号线换乘车站，已与高铁车站同步实施。呈贡站是1，4号线换乘车站，接乘节点部分已与1号线同步实施。上述车站4号线隧道限界已按接触轨授流方式实施，隧道净空不能满足架空接触网的安装限界要求。

综合考虑技术经济因素，推荐4号线工程牵引供电制式采用DC 1500 V接触轨供电、走行轨回流方式。

3 结论

一个城市的轨道交通供电制式相对统一，采用哪种的牵引供电制式，涉及到供电、车辆、限界、建筑结构、标梁及隧道等多个专业，不仅会影响牵引供电系统和车辆设备的投资，还会影响车站、区间桥的土建规模和投资，甚至影响到城市轨道交通将来的运营成本。因此，结合一个市城市轨道交通线网规划以及当前线路工程的具体情况，专门开展针对该线路的专题研究非常有必要。