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地铁中牵引供电的刚性接触网

一、地铁牵引接触网的形式与发展
地铁建设要选择成熟可靠的技术，但也要尽量采用先进技术。柔性接触网与第三轨式接触网用于城市地铁和城轨交通已多年了，在我国属于成熟技术。钢铝复合轨与刚性悬挂技术在地铁更具有良好的发展潜力，虽然其一次投资费用稍高，但维护材料与人工费用大为减小，其远期效益是显而易见的。目前，架空刚性悬挂经过广州地铁试验示范段的建设基本实现了关键部件的国产化，但钢铝复合轨目前国内还不能生产，这将会增加一些建设投资费用，因此，应根据市场发展前景加快国产化的进程。
早期的城市地下铁道都采用低电压的直流第三轨式接触网，如1863年开通的伦敦地铁（DC630V)、1904年开通的纽约地铁(DC625V)以及1935年开通的莫斯科地铁(DC825V)。采用第三轨的优点是为了减少开挖土方，降低净空和方便维修。
随着电工材料和输变电技术的发展，直流牵引输电电压逐步增大。提高输电电压可以相应地减少输变电的电能损耗，减少变电站的数量，降低电力设备费用。因此同一条线路，如果电站配置得当，则1500V电压与750V相比，前者可以少建一半的变电站且架空网输电供电设施的费用仅为后者的70%左右，同时相同功率的电动车辆的电器设备的重量与体积也会随电流的减小而减少。较高的电压在同等条件下能够传输较高的功率，因而更利于速度的提高。但是，第三轨与地面距离较近，绝缘和安全的难度大，这就限制了电压的提高，后来修建的地铁接触网转而向架空线(柔性接触网)发展。1955年开通的罗马地铁率先采用了1500V直流架空接触网,1960年以后日本的地铁也大都采用这种接触网。我国近十几年来新上地铁的城市，如上海、广州、深圳等也都采用的是直流1500V架空接触网。
地铁为了减少隧道净空，近年来多采用以弹性支座或弓形腕臂作支持部件的弹性简单悬挂。不过架空接触网与第三轨式接触网相比，地铁隧道横断面增大，土建费增多；冷拉电解铜接触线易磨损；接触网检测维护比较复杂，需专用的接触网检测车且维修周期短、费用高。因此，1962年开通的日本东京营团地铁日比谷线开发了一种新的刚体悬挂方式。

二、刚性悬挂接触网在地铁的应用
刚体悬挂又称刚性接触网，是一种区别于传统柔性接触网的供电方式。由于地铁隧道的净空有限，刚性接触网是采用绝缘子来悬挂刚体导线，如同把第三轨架到了隧道顶部，省去了柔性悬挂的腕臂或弹性支座，既增大了对地距离，又降低了车辆上方的空间。刚体导线通过汇流排或台架来夹持，汇流排是用铝合金拉制成的T型或П型材。如日本东京营团地铁南北线使用的刚体电车线（见图1）采用铝合金T型汇流排和铝夹耳来夹持铜导线，设计简单，施工方便；T型汇流排载流截面大，减少电阻40%以上，无须辅助馈电线，因此结构简单紧凑。П型汇流排（见图2）是1983年法国巴黎RATPA线首先投入使用的，П型汇流排靠自身夹持接触线，自重较轻，成本较低，结构更为合理。现在通过十多个国家、三十多条地铁的运营和设计上的不断改进，刚性接触网系统已日臻完善，非常可靠。
从适应速度来看，弹性简单悬挂适应的速度达120km/h，简单链形悬挂可实现200km/h的高速运行；刚性悬挂已实现了160km/h的试验速度。

刚性悬挂需要的隧道净空小，投资小，而且导电铜线无张力架设，不必设置下锚装置，也不会发生断线事故，再加之零部件少，载流量大，安全可靠，维修工作量小，大大降低了维护成本。
刚性悬挂不仅用于地铁隧道和车辆段修车库内的维修线，也用于电气化铁道的隧道。其优越性是柔性悬挂难以比拟的，因此日本、韩国、法国、西班牙等国家的城市轨道交通领域从20世纪80年代开始，无论新线建设还是旧线改造，无论低净空隧道还是高净空隧道都大量采用架空刚性悬挂，国外城市地铁应用架空刚性悬挂接触网里程概况见表1。
城市名称东京大阪汉城巴黎西班牙备注使用长度2441614815.49我国第一条刚性接触网试验示范段是1999年6月开始运行的广州地铁一号线，其采用П型汇流排并基本实现了关键零部件的国产化。广州地铁二、三号线、深圳、上海地铁新线都准备采用刚性悬挂技术,作为一种成熟可靠的接触网悬挂方式,其在我国城市轨道交通领域有着良好的应用前景。
三、第三轨式接触网
第三轨式接触网是一种传统的刚性接触网，沿线路方向敷设，其采用导电率较高的钢轨制成（国内使用的材料为05Al）。从电动客车转向架伸出的受流器通过滑靴与其接触而取得电能。第三轨式接触网的电压多采用IEC标准，为直流600V或750V，我国1969年开通的北京地铁采用的第三轨受电电压为直流750V,但也有的国家采用较高的电压，如西班牙巴塞罗那地铁就采用了直流1500V和1200V。

第三轨为接触轨，其接触方式有3种：上接触式、下接触式和侧接触式。北京地铁、纽约地铁都采用上接触式（见图3）。受流器滑