现代有轨电车供电系统接触轨式接触网改进方案

在地铁工程领域，由于受制于车辆行车环境空间限制，不具备在地铁隧道中架设架空接触网的条件，普遍采用接触轨式接触网。

接触轨是沿电牵引线路敷设的与走行轨道平行的附加轨，称为第三轨，通过它将电能输送给电动车组。接触轨由具有高导电率的特殊软钢制成，电动车组伸出的受流器与之接触而取得电能。

接触轨式接触网用电电压一般在600～825V，对于地下铁道，主要采用设于轨道一侧的接触轨，这种第三轨受电，不需要像架空线那样增大隧道尺寸。

接触轨可以有三种布置方式：上磨式、下磨式和侧面接触式。

（1）上磨式 接触轨装在专用绝缘子上，底朝下。取流时，接触靴自上压向接触轨。上磨式的接触力由弹簧支座特性来控制，其特点是接触轨固定方便，受流平稳，能减少在间隙和道岔处的电流冲击，但不易加防护罩。

（2）下磨式 接触轨底朝上，固定在绝缘子上，并由固定在枕木上的弓形肩架予以支持。下磨式的特点是可以加防护罩，对工作人员较为安全，但安装结构复杂，费用高，在经常冰冻和下雪而造成集电困难的地区普遍应用。

表2-3为上磨式和下磨式接触轨对比说明。

（3）侧面接触式 侧面接触式在工作上与上磨式相似。接触轨为高导电率钢制成的特殊断面的钢轨。接触轨通过的地方要设置工作人员使用的人行道，在其余地点，必须考虑设置保护木板或其他合适材料的保护板，以防不注意触电。在所有车站，接触轨总是设在远离站台轨道的一边，以减少乘客可能摔落在轨道上触电。在线路露天地段，要沿线用木板保护起来，以减少散落物引起电路短路。

表2-3 上磨式和下磨式接触轨对比说明

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在结构上，由于考虑到接触轨的热胀冷缩和电气上的分段，各轨节的连接有三种形式：正常接头、温度接头和绝缘接头。

1）正常接头。在正常接头处，两轨端紧密接合，并用鱼尾板连接。

2）温度接头。在温度接头处，轨端留一空隙，其大小视温差不同而定。轨头上的鱼尾板用螺栓只固定在一边的钢轨上，而另一端的钢轨自由地放在鱼尾板中间，当接触轨随温度发生长度变化时，它可以在鱼尾板内自由移动。为了保证电气方面的良好接触，在温度接头处用软裸铜线做的连接器加以连接。温度接头在地下铁道的接触轨中，每隔100m设一个。

3）绝缘接头。在绝缘接头处，是用掬木鱼尾板紧扣轨端，而轨端的空隙留50mm。除了以上接触轨形式之外，20世纪80年代加拿大首先建成的空中列车（因其线路大部分为高架线而得名）采用了线性感应电动机，其供电电压为直流600V，经架设在走行轨一侧的上、下两根相互绝缘的接触轨供电，再经动车内的逆变器将直流变成可变频调压的交流电送到线性感应电动机上。常规感应电动机的转子此时变成固定铺设在两根走行轨之间的转子感应轨（实际为钢或铝板），而定子也为展开式的绕组固定在有轮对的转向架上。当电动机通电后，因转子感应轨不能移动，代之就是定子（车子）移动了。

以上受电形式有两个特点，一是两根接触轨一正一负对地均绝缘。这样，当有一接触轨绝缘损坏接地时，供电系统仍旧可以正常运行不发生短路故障，因为两根接触轨都对地绝缘，所以正常运行时也没有迷流腐蚀的问题。另外一个特点就是在两根走行轨之间要铺设线性感应电动机的转子感应轨，感应轨金属板表面与定子绕组板间仅有毫米级的距离，技术上是很复杂的。侧面接触轨工程应用图如图2-26所示。

图2-26 侧面接触轨工程应用图

在较早期修建的城市地铁和轻轨工程中，主要采用了接触轨上部受流方式，如北美和英国等城市地铁。自20世纪80年代开始，在德国、马来西亚、泰国和新加坡等国家城市轨道交通中开始采用接触轨下部受流方式。接触轨侧面受流方式主要应用在加拿大、日本等国家城市轨道交通中。我国北京地铁环线、天津地铁一号线和北京地铁五号线选用了接触轨上部受流方式，武汉轻轨一期工程及广州地铁四号线（大学城专线）、广州地铁五号线采用了钢铝复合接触轨的下部受流方式。