广州地铁直流1500V牵引网运营综合分析

 

摘　要　以广州地铁柔性、刚性接触网和接触轨牵引网的实际运营为例,对其安全性、经济性、景观等进行综合分析。认为轨道交通的牵引网的形式不能够只从技术的角度来进行选择,要以社会责任(包括适用性、安全性、经济性等)来判断决策;管理者可以选择适应安全性、经济性的三轨(即接触轨)作为牵引供电方式,否则可以选择洞内刚性接触网和地面(含车辆段)柔性接触网的牵引供电方式。

关键词　广州地铁　直流1500V　牵引供电　刚性接触网　柔性接触网　接触轨

 

      广州市轨道交通自1997年1号线运营开通至今,已建成开通了4条线路,总里程116 km,分别是1号线(西朗—广州东站)、2号线(三元里—万胜围)、3号线(广州东站—番禺广场)及4号线(万胜围—金洲)。这些线路的牵引供电制式均采用DC 1500V,接触网采用柔性架空接触网、刚性架空接触网和接触轨3种形式,分别在1~4号线中应用;1号线现阶段是刚性(1.6 km)、柔性接触网混合运行,2~4号线的车辆段是柔性接触网运行。在实践中,究竟哪一种接触网最能满足运行需要呢?下面从安全性、经济性、景观等方面对接触网进行综合分析。

1 安全性分析

1.1 柔性接触网

1.1.1 运行状况

      广州地铁柔性接触网应用在1号线全线、2~4号线的车辆段范围内,正线约20 km,合计约200条公里;正线及试车线采用链型悬挂,停车库线采用简单悬挂,最早的1号线从1997年6月28日试运行,至今已有12年。据不完全统计, 1号线因接触网发生的故障(请点处理)和事故(抢修)有5件,其中4件在正线、1件在车辆段(见表1)。

　　从表1可以看出,这5件影响运行的故障或事故都集中在1号线,而且3次落线事故都发生在绝缘锚段关节处,是由绝缘棒与下锚导线连接部位的绝缘棒爆裂造成的。在2~4号线的车辆段范围内,柔性接触网没有发生影响行车的故障。

1.1.2 特点分析

      柔性接触网的优点是具有弹性、适用于高速、弓网特性好、技术成熟等,缺点是结构复杂、发生张力故障或事故的破坏范围大等。从广州地铁运营12年的实际状况来看,由于柔性接触网的弹性,使得接触网区段的弓网关系良好,受电弓磨耗均匀,得到了车辆专业的肯定。柔性接触网的技术成熟不可否认,以上发生的故障和事故没有一件是技术问题造成的。但从柔性接触网的结构来看,存在大量隐性不安全因素,特别是张力的破坏范围无法准确判断。这种问题如果在管理和维修中能及时发现,就可以避免事故或者故障发生。例如,在1号线车辆段的一次检修中,检查出一个分段绝缘器的本体绝缘断裂(出现明显裂纹),由于及时更换,所以避免了一起落线事故。隐性不安全因素是指主要受力元件,如绝缘锚段关节、分段绝缘器的连接线夹,都是使用额定力矩紧固螺栓,在检修时既不能用扭矩扳手校核又不能放松螺栓重新紧固,只限于表面用目测检查,其安全性得不到确认,给安全运营带来极大危害。

      总之,在运营12年的过程中,对柔性接触网的优点和缺点有了更加深刻的认识,对其检修和维护也有了丰富的经验。在技术成熟和检修规程完善的前提下,关键还要有体制上的保证,在对重大问题及时决策处理的前提下,才能够确保其安全运行。

1.2 刚性接触网

      架空刚性接触网有很多特点:整体结构简洁,锚段关节和线岔安装调试方便,网两端无需设置下锚张力补偿装置,没有张力断线之忧,施工安装和维护检修的精度要求高,等等。另外,架空刚性接触网能很好地满足低净空隧道的要求,适用于地下轨道交通。刚性悬挂汇流排的形状有T和П型两种(见图1),广州地铁采用П型。

笔者有幸参加并经历了国内架空刚性接触网的研究开发的全过程:从1999年4月在广州地铁1号线坑口—花地湾下行架设的80 m刚性接触网示范段和120m试验段开始,到国内首条采用刚性接触网的广州地铁2号线和速度120 km/h的地铁3号线建成运行;从1号线“柔”改“刚”1. 6 km的混合运行,到目前广州地铁已经投入正线运行的约62 km的刚性接触网。1999年4月开始运行的示范段到现在已经10年,示范段、试验段运行良好,弓网关系、刚柔过渡、导线磨耗以及结构件使用正常。广州地铁2号线采用的是我国正式投入运行的第一条刚性接触网(见图2),采用了架空式Π型结构。

      2号线的设计最高行车速度为80 km/h,2002年12月28日首段开通至今已有7年。由于是第一次投入运行,在设计的拉出值等方面存在问题,但从来没有发生过停车抢修的故障,只发生了一次由于正线的一个悬挂点(绝缘子问题)悬空而采取行车减速30/km的运行故障,从安全性分析来看还是可靠的。3号线的设计行车速度最高为120 km/h,也是国内在这一行车速度下第一条采用刚性接触网的线路,它的银铜导线采用CTAH150,比2号线CTAH120的截面积大30mm²,2005年12月26日开通至今,只发生了一次请点15min处理汇流排塌腰的故障,其他时间运行正常。

      可见,刚性接触网消除了柔性接触网的张力,也消除了柔性接触网隐性不安全因素的影响,其简单的结构形式无疑增加了自身的安全性,实际运行10年证明,其安全性是可靠的。

1.3 接触轨

      钢铝复合轨系统具有其他的接触悬挂所无法比拟的优势:安装简便,维护少,使用寿命长,对城市景观影响小。广州地铁采用了DC 1500V接触轨的牵引供电制式(见图3),具有供电距离长、安全性强等优势。广州地铁4号线使用钢铝复合轨作为供电接触轨, 2005年12月26日首通段(即大学城专线)31条公里开通,之后陆续开通新造—黄阁、黄洲—黄阁合计88条公里,运行至今没有发生影响行车的任何故障和事故,接触轨运行一切正常。

      接触轨上安装了保护罩,至今未发生人员触电事故。从牵引供电系统分析,接触轨的安全性是有保障的,虽然初期出现过道岔区客车瞬间失电及避雷器设备质量等问题,但整改后保证了正常运行。

2 经济性分析

      广州地铁目前采用了柔性接触网、刚性接触网和接触轨3种形式,下面就其建设、运营维修费用(含维修、维护等)进行分析。

2.1 建设费用

      1) 1号线柔性接触网是引进英国ABB公司的设备和零件,因此无法与国内同类接触网对比,该接触网竣工后的造价大约每条公里为145万元;

      2) 2号线刚性接触网竣工后的造价大约每条公里为95万元;

      3) 3号线刚性接触网竣工后的造价大约每条公里为118万元;

      4) 4号线接触轨竣工后的造价大约每条公里为156万元。

      以上只是各条线粗略的建造价。由于每条线的建造时间不同,有色金属以及零配件、设备的价格不同,且技术条件、采用设备、材料不同,也会引起价格的变化,这里的数据只能供分析参考。

2.2 运营维修费用

      接触网(轨)的运营成本包括人工费、材料费、机械使用费、管理费以及设备折旧费等,由于广州地铁目前尚没有维修、维护的标准定额,这里只能粗略估算进行分析(见表2)。

　　1) 1号线运营12年。平均每年约发生人工费270万元,有60% ~70%用于各种施工配合,约有30%用于本专业的维护和维修;材料费、机械使用费、管理费每年约有100万元,每年的维修费用约为370万元。

      2) 2号线运营6年。平均每年约发生人工费180万元,有50% ~60%用于各种施工配合,约有40%用于本专业的维护和维修;材料费、机械使用费、管理费每年约有60万元,每年的维修费用大约为240万元。

      3) 3号线运营4年。平均每年约发生人工费240万元,有50% ~60%用于各种施工配合,约有40%用于本专业的维护和维修;材料费、机械使用费、管理费每年约有30万元,每年的维修费用大约为270万元。

      4) 4号线运营4年。平均每年约发生人工费240万元,有60% ~70%用于各种施工配合,约有30%用于本专业的维护和维修;材料费、机械使用费、管理费每年约有15万元,每年的维修费用大约为255万元。

      虽然表2中的费用组合不能够完全真实地反映维修的成本,但是也能够粗略地看出:4号线采用接触轨,维修费用最低,每年2. 55万元/条公里; 2号线运行80 km/h,采用刚性接触网,维修费用为每年3. 43万元/条公里;3号线120 km/h,采用刚性接触网,维修费用为每年2. 70万元/条公里; 1号线采用柔性接触网,维修费用为每年4.11万元/条公里。如果结合使用年限分析,接触轨的设计使用寿命在80~100年,刚性接触网的设计使用寿命一般在30~40年,柔性接触网的设计使用寿命一般在15~20年。从运营成本看,明显是接触轨最低,刚性接触网次之,柔性接触网最高。

3 景观分析

      对广州地铁现运行的4条线分析发现:4个车辆段对景观的期望不是十分强烈,全部采用柔性接触网;而4号线地面段或者高架段因同时考虑景观,所以采用了三轨(即接触轨)牵引供电方式,这种务实的决策是值得提倡的。

      景观的选择是个认识问题,不能够以景观为由,影响对接触网(轨)方式的选择。

4 结语

      结合广州地铁柔性、刚性接触网和接触轨牵引网实际运营,对其安全性、经济性、景观等进行了综合分析,得出以下结论:

      1)轨道交通的牵引网的形式不能只从技术角度来选择,还要以社会责任(包括适用性、安全性、经济性等)来判断决策。

      2)从柔性接触网到刚性接触网,再到接触轨(即三轨),其关键点是:“柔性”到“刚性”的改变就是消除柔性张力和关键紧固件的隐性因素所带来的安全隐患,“刚性”变为“三轨”就是将接触网专业的“三高”(即高空、高压和高技能)作业“落地”,将安全风险降到了最低,一些不安全因素转移到其他专业或部门,变为长期的管理问题。

　　3)管理者从能够适应安全性、经济性的方面考虑,选择接触轨(即三轨)牵引供电方式,否则可以选择洞内刚性接触网、地面(含车辆段)柔性接触网的牵引供电方式。

 

参考文献

[1]梁广深,丘庆珠.城市轨道交通供电制式分析探讨[J].城市轨道交通研究,2004(6):10-13.

[2]马沂文,白秀梅.城市轨道交通供电接触网类型的比较[J].城市轨道交通研究,2003(1):20-24.

[3]李金华.DC 1500V三轨工程应用关键技术探讨[J].电气化铁道,2006(3):34-39.

[4]龚文涛.钢铝复合接触轨在广州地铁4号线的应用[J].都市快轨交通,2007,20(3):82-85.

[5]毛建华,李金华.架空接触网与三轨不停车切换过渡的技术探讨[J].电气化铁道,2004(6):44-46.