城市轨道交通接触轨技术特征

接触轨供电是以接触轨为正极、走行轨为负极，并通过馈线电缆和回流电缆与牵引变电所连接。采用接触轨供电系统的列车下部设有集电靴（受电靴）。列车通过集电靴与接触轨滑动接触而获得电能。

接触轨的技术特征有三个：一是电压等级；二是安装方式；三是接触轨材料。

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虽然很多，但我国国标《城市轨道交通直流牵引供电系统》规定的供电制式为直流750 V（DC 750 V）和直流1500 V（DC 1500 V），故接触轨系统的电压等级也采用这两种等级。

2.安装方式

一般情况接触轨根据授流位置的不同可分为上接触式、侧接触式和下接触式三种，对应的接触轨也就称为“上接触式接触轨”“下接触式接触轨”和“侧接触式接触轨”，见图4-2。

图4-2　常见的第三轨形式

（a）上接触式第三轨；（b）下接触式第三轨；（c）侧接触式第三轨

（1）上接触式接触轨。

上接触式接触轨安装于走行轨的一侧，接触轨的授流面朝上，受电靴通过下压力取流。接触轨的上方和一侧有防护罩保护，对人员接近和冰雪侵扰有一定防护作用。此方式结构稳定可靠、安装维护方便、授流方式简单，且造价相对较低，但该方式只能从顶部和线路外侧对接触轨进行防护，因此防护不够严密，安全性稍差，接触轨表面容易附着杂物、粉尘、冰雪等，对列车取流会产生一定的影响。上接触式接触轨如图4-3所示。我国的北京地铁1号线、北京地铁2号线工程等接触轨也属于上接触方式。

图4-3　上接触式接触轨示意图

（2）下接触式接触轨。

下接触式接触轨向下安装在特殊的防护罩的内侧，接触轨的授流面朝下，受电靴通过上抬力取流。此方式受气候条件影响小，接触轨不易附着杂物、粉尘及冰雪，且可以从顶部和内、外侧对接触轨进行防护，防护罩可以紧密地罩住接触轨，防护更加严密，有利于防止人员无意识地触及接触轨带电部分，因而此种方式安全性更高，美观且耐候性较好。但同时由于维修时观察不方便及需拆卸防护罩等问题会比上接触式接触轨的运营维护工作量大，相应费用较高。下接触式接触轨如图4-4所示。我国投入运营的武汉地铁一期、广州地铁4号线等属于下接触方式。

图4-4　下接触式接触轨示意图(www.xing528.com)

（3）侧接触式接触轨。

侧接触式接触轨类似于上接触式接触轨，接触轨的授流面与轨顶面垂直，机车受电靴通过侧向压力取流。与上述两种授流方式相比，侧面授流方式有两个较突出的优点：一是接触轨的终端弯头向侧面外弯，不占下部空间，离积雪较远，也不占上部空间，容易处理与车体的距离关系；在线间距较宽的道岔区，它可以顺道岔导曲线延伸，缩短道岔区的无电区长度。二是它所受到的授流器侧向压力较为稳定，不会因为授流器脱轨而对接触轨和支架产生过大的侧向推力，运行更加可靠。但此种类型只能从列车顶部和线路外侧对接触轨进行防护，也存在防护不够严密、安全性稍差的问题。侧接触式接触轨如图4-5所示。此种方式主要在德国、英国等少数国家采用，我国目前没有运营经验和车辆受流器的生产运用经验。

3.接触轨材料

接触轨的材料有低碳钢材料和不锈钢-铝合金复合材料，故一般称低碳钢导电轨和钢-铝合金复合接触轨，见图4-6。

（1）低碳钢接触轨。

低碳钢接触轨主要的特点是磨耗小、制作工艺成熟、价格较低，主要规格有DU48和JU52型，见图4-6（a）。北京地铁的上接触式接触轨使用我国自行生产的JU52型渗铝低碳钢接触轨（钢号为0.5 Al），单位质量51.36kg/m，单位长度电阻为1.91×10-5Ω/m（+15℃），标准制造轨长12.5 m的接触轨在隧道外焊接成50～75 m长度的轨节（在隧道内轨节长度可以加倍），轨节之间做成轨缝式膨胀接头，构造简单，维护简便，运行30年来上表面仅磨耗3～5mm，约占接触轨截面的6%，运行反映良好。

图4-5　侧接触式接触轨

图4-6　接触轨材料

（a）低碳钢接触轨；（b）钢-铝合金复合接触轨

由于低碳钢接触轨电阻率高，压降大，20世纪70年代以来，国外开始研究导电性能优越的铜接触轨和使用耐磨性好的钢材与导电性好的铝合金材料构成复合接触轨来取代低碳钢接触轨。由于铜接触轨的使用受到了成本和资源的限制，因而成本相对低廉、资源相对充裕的钢铝复合接触轨得到了较广泛的应用。

（2）钢-铝合金复合接触轨。

不锈钢-铝合金复合接触轨简称“钢铝复合接触轨”或“复合接触轨”，主要特点是导电率高、重量轻、磨耗小、电能损耗低且接触面光滑、耐磨耗。钢铝复合轨是由钢和铝组合而成（图4-6（b）），其工作面是钢，而其他部分是铝。以载流量3500 A的复合接触轨为例，单位质量11.16kg/m；复合接触轨截面积约3705mm2（其中，铝合金轨体截面积3485mm2，不锈钢截面积220mm2）；单位长度电阻0.91×10-5Ω/m（+20℃）；标准轨长可为9 m或10 m，通过专用鱼尾板连接成120 m的轨节，轨节之间用专用膨胀接头连接。据报道，温哥华地铁使用的钢铝复合接触轨在运行5年后实测平均磨耗0.04mm/年，据此推算其使用寿命为40～50年。我国天津1号线、武汉1号线等都采用复合接触轨。

随着技术的不断发展，电压等级由直流750 V发展到直流1500 V；安装方式由以上部接触授流为主导发展成为上部接触授流与下部接触授流方式并存，并有向下部接触授流方向发展的趋势；接触轨材料由低碳钢材料发展成为钢铝复合材料，绝缘支座除采用传统的电瓷外，还开发出环氧树脂材料、硅橡胶材料等，防护罩由木板材料发展成玻璃钢材料。表4-1为我国目前部分城市接触轨的应用情况。

表4-1　我国目前部分城市接触轨的应用情况