隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，特別是汽車擁有量的急劇增長(zhǎng)，城市交通問(wèn)題成為各個(gè)大型城市迫切需要解決的重要問(wèn)題之一。而以城市軌道交通和道路公交為主的城市公共交通就成為解決城市交通擁堵的主要手段之一。
目前，我國(guó)的城軌系統(tǒng)供電制式包括DC750V接觸軌供電、DC1500V接觸網(wǎng)供電和DC1500V接觸軌供電等3種方式。接觸網(wǎng)現(xiàn)有柔性接觸網(wǎng)(一般在隧道外)和剛性接觸網(wǎng)(一般在隧道內(nèi))2種。接觸軌與受電靴(也稱集電靴、受流器)的受流接觸有上接觸、下接觸和側(cè)接觸3種。本文僅就接觸軌(也稱第三軌，以下均稱接觸軌)和接觸網(wǎng)兩種供電方式涉及的若干問(wèn)題提出自己的觀點(diǎn)。
1國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀
由于早期的功率半導(dǎo)體技術(shù)的局限性，早期地鐵系統(tǒng)的牽引供電一般采用DC750V或以下等級(jí)。
隨著功率半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展和成熟，城軌系統(tǒng)的供電電壓由DC750V等級(jí)提升為DC1500V或更高等級(jí)。而接觸網(wǎng)技術(shù)也不斷發(fā)展和成熟，國(guó)際上的城軌系統(tǒng)采用DC1500V電壓等級(jí)的均為接觸網(wǎng)供電方式。
我國(guó)在運(yùn)營(yíng)線路和在建線路基本上是DC1500V接觸網(wǎng)供電方式。
2從運(yùn)營(yíng)、應(yīng)急救援和養(yǎng)護(hù)維修看兩者的安全問(wèn)題
接觸網(wǎng)安裝在線路頂部，正常情況下人員無(wú)法直接接觸，對(duì)乘客、維修人員和其他相關(guān)人員來(lái)說(shuō)安全性高；尤其從人員跌落、緊急情況下和列車救援時(shí)的乘客疏散、車輛段的維修人員往來(lái)通過(guò)、線路的緊急維修和常規(guī)維護(hù)保養(yǎng)、暴雨洪災(zāi)、積雪積冰等方面來(lái)看，接觸網(wǎng)的安全性和安全等級(jí)均高于接觸軌。從理論上、技術(shù)上看，接觸軌供電方式是可以解決安全問(wèn)題的，但是為了保證安全的實(shí)現(xiàn)，所付出的設(shè)備投人和維護(hù)代價(jià)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于接觸網(wǎng)系統(tǒng)。
在接觸軌供電方式下，線路上的任何正常維護(hù)和緊急維修作業(yè)均必須申請(qǐng)停電進(jìn)行，維護(hù)維修完成后必須通過(guò)登記、注銷等確認(rèn)機(jī)制才能重新供電。這種機(jī)制導(dǎo)致有效維護(hù)時(shí)間降低，維護(hù)維修效率相對(duì)較低。
在車輛段、維修基地等人員出人頻繁的區(qū)域，為了保證人員安全和惡劣氣象環(huán)境的供電安全，要么采取復(fù)雜的防護(hù)措施(其地面防護(hù)設(shè)備和措施的代價(jià)非常高)，要么采用接觸網(wǎng)供電技術(shù)。我國(guó)廣州4、5號(hào)線采用DC1500V接觸軌與接觸網(wǎng)聯(lián)合供電方式，在車輛段仍然采用接觸網(wǎng)供電，這就造成了浪費(fèi)和維護(hù)成本提高。特別是在車輛段，人員高度密集，接觸軌也是密集布置，風(fēng)險(xiǎn)非常大。
3從中國(guó)氣象環(huán)境看接觸軌與接觸網(wǎng)供電
目前，接觸網(wǎng)技術(shù)非常成熟，無(wú)論在多臺(tái)風(fēng)地區(qū)、多雷暴雨地區(qū)、大雪地區(qū)以及其它各類特殊氣象環(huán)境地區(qū)，接觸網(wǎng)均運(yùn)行安全。而接觸軌與地面距離非常小，對(duì)1500V供電接觸線的安全距離與安全防護(hù)要求很高，當(dāng)暴雨傾瀉、地面積水甚至洪災(zāi)時(shí)，容易發(fā)生漏電甚至短路，導(dǎo)致安全事故和由于供電終止導(dǎo)致的列車停運(yùn)。另外，由于集電靴碳刷運(yùn)行產(chǎn)生的碳粉與金屬粉塵粘附，容易導(dǎo)致接觸軌的安全等級(jí)下降。
4從國(guó)內(nèi)外建設(shè)和運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)以及國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)看接觸軌供電
世界城市軌道交通中，凡采用接觸軌供電方式的都是DC600V,750V,825V，唯一例外的“高壓”就是建于1972年的舊金山海灣區(qū)的快速有軌交通(非地鐵系統(tǒng)，DC1000V)和德國(guó)漢堡S一Bahn(DC1000V,1940年建成)。我國(guó)北京地鐵有幾十年應(yīng)用DC750V接觸軌供電的經(jīng)驗(yàn)，已多次發(fā)生過(guò)觸電事故。如今供電電壓提高到DC1500V時(shí)采用接觸網(wǎng)供電。有些國(guó)家(如日本、英國(guó))還明文規(guī)定，供電電壓為DC1500V時(shí)不得采用接觸軌。
根據(jù)IEC相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，DC1500V是直流高、低壓的分界線，在相關(guān)設(shè)計(jì)文件中凡是標(biāo)注標(biāo)稱電壓AC1000V或DC1500V的條款均明確指出“架空網(wǎng)接觸系統(tǒng)”的字句，其安全“防護(hù)距離”明確規(guī)定不適用接觸軌系統(tǒng)(IEC62128-1(鐵路應(yīng)用一固定設(shè)施一第一部分:與電氣安全和接地有關(guān)的保護(hù)規(guī)定》)。
特別要提出的是，1500V接觸軌供電方式并不引領(lǐng)世界新潮流。
5從能耗、全壽命成本看接觸軌供電
從供電所損耗、列車控制技術(shù)(策略)、制動(dòng)再生反饋以及線路狀況看，接觸網(wǎng)和接觸軌兩種方式的能耗一致。而接觸軌供電方式需要在每個(gè)轉(zhuǎn)向架安裝受流器(集電靴、受電靴)，每個(gè)受流器質(zhì)量為35kg，安裝底板和附件為10kg,每列車(按6節(jié)編組計(jì)算)增加質(zhì)量540kg，高壓母線質(zhì)量大于200kg；而2個(gè)受電弓總重260kg，因此接觸軌方式列車增加的質(zhì)量是480kg。由此引起的啟動(dòng)能耗與運(yùn)行能耗增加量與接觸網(wǎng)線路阻抗引起的能耗增加量大致相當(dāng)。
接觸軌的建設(shè)成本要大于接觸網(wǎng)的建設(shè)成本，尤其是車輛段的建設(shè)成本要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于接觸網(wǎng)方式。采用接觸軌供電，則一列車的受流器造價(jià)是60萬(wàn)元，受電弓的造價(jià)是15萬(wàn)元。而受電靴的故障率與磨耗遠(yuǎn)高于受電弓，并且每次漩輪后必須調(diào)整受電靴，因此受電靴的故障率和維護(hù)成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于受電弓。
在接觸軌供電方式下，如果車輛段也是采用接觸軌方式，則為了保障安全，所投人的安全設(shè)備投資很大，且保障與維護(hù)難度及工作量也很大，維護(hù)維修效率明顯降低。如果車輛段采用接觸網(wǎng)方式，則列車上必須同時(shí)具備兩種受電設(shè)備，其制造成本和維護(hù)成本明顯增加。
6從建設(shè)、景觀和管理看接觸軌供電
如果一個(gè)城市的既有地鐵線路主要采用DC1500V接觸網(wǎng)供電方式，則后續(xù)線路最好也是采用接觸網(wǎng)供電方式，以有利于互聯(lián)互通、備品備件，以及檢修、管理體系共享。否則，必須重新建立另外一整套的管理、維護(hù)維修、安全、備品備件、相關(guān)工種等體系，對(duì)互聯(lián)互通、資源共享、標(biāo)準(zhǔn)化都十分不利。
城市軌道交通系統(tǒng)在市區(qū)的線路，一般是采用地下方式，并不存在城市景觀問(wèn)題。而在郊區(qū)的線路，顯然景觀并不是選擇供電方式的主要理由。部分旅游城市地鐵供電制式是否影響景觀，是一個(gè)仁者見仁智者見智的問(wèn)題。安全與景觀兩者孰重孰輕非常明顯。
7結(jié)語(yǔ)
綜合考慮建設(shè)投資、日常維護(hù)、運(yùn)行、受流器維護(hù)、車輛制造成本與維護(hù)成本、運(yùn)行能耗等全部因素，接觸網(wǎng)與接觸軌兩種供電制式的比較如下:兩者的全壽命成本基本相當(dāng)；兩者的雜散電流基本相當(dāng)；接觸軌方式由于摩擦產(chǎn)生的金屬粉塵污染明顯大于接觸網(wǎng)方式；由于接觸軌受流方式需要集電靴與導(dǎo)電軌的平面接觸，工程以及運(yùn)行維護(hù)中根本無(wú)法保證，所產(chǎn)生的接觸電弧和離線電弧明顯大于接觸網(wǎng)。
對(duì)于DC1500V電壓等級(jí)采用接觸軌方式，從理論分析角度看，觸電與短路風(fēng)險(xiǎn)無(wú)法消除，而為了降低這種風(fēng)險(xiǎn)所付出的成本將是昂貴的。中國(guó)人一直有一句話“人命關(guān)天”，人的生命大于天。一條線路要在幾十年的運(yùn)行中保障生命安全，需要付出巨大的代價(jià)。
DC1500V電壓等級(jí)采用接觸軌方式，既不是引領(lǐng)世界新潮流，也沒有成熟經(jīng)驗(yàn)可以借鑒；更沒有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)支持；而且大于80km/h速度運(yùn)行時(shí)，有許多技術(shù)問(wèn)題存在不確定性風(fēng)險(xiǎn)。故DC1500V電壓等級(jí)采用接觸軌方式是是不妥當(dāng)?shù)?br />
