我国地铁接触轨技术发展综述与研发建议

摘要:介绍了接触轨系统的构成，技术特征和我国 应用 接触轨技术的概况．在直流1 500v接触轨系统的“四大环节” 研究 中，建议重点对系统设计标准及产品制造标准进行研究；在系统设计标准的“四大关系”研究中，建议重点对1 500v 接触轨与人身安全防护的关系进行研究。在钢铝复合接触轨的国产化工作中．应重点解决好不锈钢带与铝型材的结合 问题 ，以及不锈钢带的材质和外型表面平顺问题．

关键词 中国 接触轨 发展 史1500v 接触轨 系统设计标准 人身安全防护 钢铝复合接触轨 国产化

接触轨，又称第三轨，或简称三轨。接触轨系统是地铁牵引供电系统的重要子系统，它直接 影响 到地铁供电系统甚至整个地铁系统的安全运以营。自1965年北京建造我国第一条地铁线以来，仟随着我国地铁建设事业的发展，接触轨技术也走过了近40年的发展历程。这期间接触轨枝术不断发展，其主要表现为：安装方式由以上部接触搔流方式为主导发展成上部接触交流方式与下部接触授流方式并存：导电轨由低磺钢材料发展成钢铝复合材科：防护罩(及支架) 由木板材料发展成玻璃钢材料：绝缘子材料除电瓷外，还开发出环氧树脂材料及硅橡胶材料。相应地，一些施工安装 方法 也有所改进． 目前 ，直流1 500v 接触轨系统又在积极研发之中，同时钢铝复合接触轨的国产化工作也正在逐步展开，当然这其中面临的问题和遇到的困难也有许多。在这种情况下，对我国地铁接触轨技术的发展 历史 进行 总结 ，将有助于目前接触轨新技术的研究与开发。1 概述1．1 接触轨系统的国内应用概况 目前，在我国有3个城市6条地铁线路采用了接触轨系统，分别是：北京地铁1号线上程。北京地铁2号线(环线) 工程、天津地铁1号线中段、北京地铁复八线工程、北京地铁门号线工程(即北京城市铁路工程) ，北京地铁八通线工程、武汉轨道 交通 1号线一期工程．另外，由中国援建的1984年开通的朝鲜平壤地铁，以及由中国承建的2000年2月21日开通一期工程的伊朗德黑兰地铁，用了接触轨系统。这些线路韵总长度超过200km ，触孰电压等级均为直流750v 。1．2 接触轨系统的构成 在接触轨系统零部件中，除包括作为导电轨的接触轨以外，还包括绝缘支架(或绝缘子) 。防护罩．隔离开关设备、电缆等。接触轨、绝缘支架(或绝缘子) 、防护罩是接触轨系统中送电。支撑、防护的三大件。1．3接触轨系统的三大技术特征 谈及接触孰系统，其技术特征有三个级，二是安装方式，二是导电轨材料。1 3．1 电压等级 目前世界上城市轨道交通中的直流牵引网电压等级繁多，接触轨系统的电压等级有600v 、630v 。700v 、750v 、825v ，900v 、1 000v、1 200v等，国外接触轨系统的标称电压一般在1 000v以下，西班牙巴塞罗那采用过直流1 500v及1 200v接触轨，美国旧金山bart 系统为直流1000v 接触轨。目前国内接触轨系统标称电压为直流750v ，国际上接触轨电压等级的发展趋向是iec 标准中的直流600v 、750v 。1．3．2 安装方式 接触轨系统根据授流位置的不同，司分为上部授流接触轨、下部授流接触轨和侧部授漉接触轨三种形式。1 3.3导电蓑材料 接触轨可采用低碳钢材料或钢铝复合材料。

图1 北京地铁环线接触轨安装示意图2．3 北京地铁复八线工程 北京炔铁复八线工程，西起复兴门，东至八王坟，线路长12.7km 。该工程接触轨系统施工图设计完成于1993年10月，工程于1999年9月通车。与北京地铁环线接触轨系统相比，主要进行了以下修改： (1)接触轨端部弯头由原来的2300mm 加长到2775mm ，以使受流器与弯头接触时更平稳；同时减小了坡端的接触面到走行轨顶面的垂育距离。 (2)采用3000v 支柱绝缘子代替原绝缘子。 (3)结合工程需要，本工程册剥开发了玻璃钢防护罩．并在车站、道岔、隧道联络线等局部地段进行了试验安装(单线总长度约6km) ．3 德黑兰地铁1．2号线的接触轨系统 德黑兰地铁1、2号线，线路全长约53km ．1992年初开始投标，1996年合同正式生效，2000年2月21日第一期工程建成通车． 根据招标文件要求，北京城建院联合高校与工厂，以产学研相结合的方式，研制开发出“下部校流接触轨系统”，填补丁国内空白，该技术成果于1994年6月8h 从得了国家实用新型专利(zl93 2 24173．5) ．相应地，研制出玻璃钢材料的接触轨支架及防护罩，

代替了传统的木板防护罩，这一创新成果带来了接触轨支架与防护罩材料的革命。本工程接触轨系统的电压等级为直流750v ，导电轨材质为低碳钢．3．1 下部授流接触轨的安装结构描述 下部授流接触轨主要由导电轨，绝缘支架、防护罩等构成，见图2．绝缘支架由顶郎支架，中部支架，下部支架三部分组成，并共同构成悬臂结构型式；导电轨通过顶部、中部支架，悬挂在下部支架上；下部支架刚根据线路情况固定在整体道床上或碎石道床的轨枕上：防护罩靠自身弹性及支撑垫块固定在导电轨上。

3．2 下部授流接触轨的安装结构特点 防护罩对带电接触轨的防护性能好，带电接触轨不容易被无章识地触碰到，能确保人身安全，另外，下部授流方式的遮挡雨雪条件也优于上部授流方式，能确保牵引网系统的安全可靠运行． 这里需要说明，北京城铁采用的是上部授流接触轨系统。据2003年11月7日《北京晚报》报道：“城铁今晨中断一个多小时。由于昨天深夜雪量较大且融化速度慢，遭遇今天凌晨急剧下降的气温后，造成城铁部分路段轨道表面结冰。首发车在运行过程中，接触轨与列车受流器之间逐渐形成‘地穿甲’似的冰层．造成列车受流器无法受电，车辆网压不稳，使得车辆无法正常行驶。’3．3 接触轨所含化学元素对电阻宰影响 分析 合同要求：导电轨在15度时电阻率p=0．125mm2ω/m．为确保接触轨按照上述合同要求交货，对制造厂欲采用的接触轨材料进行了电阻串测试及化学元素分析，前后历时达伴年之久，分析结论简述如下。 如果采用与北京地铁接触轨相同的材料来加工制造导电轨，则20度时电阻率p （平均值）在0.134ω·mm2／m 左右，将大于合同要求的15度时电阻率为0．125ω·mm2/m．仅从各元素对电阻串的影响看，p 、si 的影响较大，而mn 的影响较小：但由于接触轨中mn 的绝对含量比p 与si 要高，因而mn 实际上对电阻系数的影响也非常大．换言之．在分析各元素对电阻系数的影响趋势时，要同时考虑各元素含量大小对此的影响。另外，工艺条件对各种成分在含量上有影响，即工艺条件也会影响导电轨的电阻系数． 在上述测试分析基础上，决定不采用与北京地铁接触轨相同的原材抖加工制造接触轨．而从国外进口原材料来加工制造接触轨．最后的测试表明：用国外原材料加工制造的接触轨，在15度时电阻率p 在0．111mm2ω/m左右。3．4 支架及防护罩的制造工艺3．4．1玻璃钢支架制造工艺 玻璃钢支架制造采用了rtm 成型工艺．其优点为：降低了产品成型过程中苯乙烯的挥发量，有利于提高产品质量，减少环境污染，工艺成熟、参数齐全，产品质量稳定：可防止玻璃纤维的排布方向发生偏移，使铺层设计、性能设计有保障; 可使产品表面附着均匀的胶衣树脂层，增加产品的抗老化能力．3．4．2 玻璃钢防护罩制造工艺 玻璃钢防护罩制造采用了拉挤成型工艺．其优点为:可自动化连续生产，产品均匀，质量稳定; 产品规格多样化．4 北京地铁新建成线路的接触轨系统4．1北京地铁13号线 北京地铁13号线，即北京城市铁路工程，线路全长40．85km 。1999年8月12日，项目被批准立项：2000年9月26日，城市铁路西线全面开工：2002年9月28日，城市铁路西线开通试运行，2003年1月20门，城市铁路全线建成试运营。 结合该工程，北京城建设计研究总院联合北京城市铁路股份有限公司等单位，研制开发出“新型上部授流接触轨系统”，见图3．该工程接触轨系统的电压等级为直流750v ，导电轨材质为低碳钢。