新型有轨电车及其创新的供电制式

都市快轨交通· 第21卷 第6期 2008年 12月 机电工程 新型有轨电车 及其创新的供电制式 周庆瑞1　施　翃2 （１．中国地铁工程咨询有限责任公司　北京　１０００３７； ２．北京城建 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 研究总院　北京　１０００３７） 摘　要　介绍当今西方国家积极推广采用的一种技术 性能先进、设施更具人性化的新型有轨电车，重点阐述 其具有突破性改进的供电制式和工作机理，以及安全、 环保特性等。 关键词　新型有轨电车　供电制式　安全　环保 目前，我国许多大城市正在大规模地积极发展大、 中运量的地铁和轻轨。 这类城市轨道交通载运量大， 但造价高、建设周期长，建设期间对城市干扰也比较 多，对于一些交通运量需求不是太高的城市，以及大城 市中心区以外、客运量相对较小的区域，如仍兴建这类 大、中运量的地铁或轻轨，就不是恰当的选择了。 因此，在我国和一些西方国家，有些地方正在积极 研究或恢复发展先前被废弃的有轨电车，并以近代先进 技术将其改造成中、低运量的新型有轨电车，以适应有 相应交通需求的城市和地区的需要，使城市轨道交通发 　图 １　巴黎市新型有轨电车 展更趋合理。 下面结 合笔者最近赴法国巴 黎市郊和中型城市波 尔多市考察的情况， 对这方面做简要介绍 和分析。 图１、图２分 别是巴黎和波尔多市 的新型有轨电车。 １　新型有轨电车的特点 中、低运量的新型有轨电车为实现其经济性，线路 一般设在地面或高架桥上，因此除采用先进的行车指 挥系统外，还需要很好地解决环境影响和交通安全这 两方面的问题。 收稿日期： 2008 07 04 作者简介： 周庆瑞，男，专家委员会秘书长，教授级高级工程师。 　图 ２　波尔多市新型有轨电车 环境影响，主要指 行车噪声、振动对 人们工作和生活 的影响，以及车辆 外形和铺设在地 上的供电等设施 对 城 市 景 观 的 影响。 　图 ３　轨侧橡胶带 关于噪声、振 动的影响，西方国 家很为重视，目前 在推广采用这类 新型有轨电车的 城市，此问题已得 到比较好的解决。 例如，波尔多等城 市的新型有轨电 车，由于采用了弹性车轮即在轮箍间夹垫一层橡胶圈， 沿钢轨两侧长向夹拼橡胶带（见图 ３），以及在道床下设 置减振块等措施，使行车振动和噪声大幅降低，以致在 有些地段常借助车上配置的响铃，警示行人车将行至。 关于景观影响，其一是车辆造型、尺度和色彩，在西 方国家（以法国为例），车体基本采用流线外型和淡雅色 彩，有的造型还注意与城市文化背景相结合，一般效果 都不错。 车体宽度和长度则依据运量要求和对地面交 通的影响来确定，一般宽度为２．３ ～２．６５ ｍ，长度为２０ ～ ４０ ｍ。 现在车体已采用模块化生产，可根据不同需求进 行组装拼接，生产效率很高。 其二是地面供电设施的影 响，由于影响人身安全和对地面交通产生隔障等原因， 不可能采用传统的第三轨供电。 采用架空接触网，则会 因矗立的电杆和空中的网线对城市景观造成不良影响， 59 都市快轨交通· 第21卷 第6期 2008年 12月 现在波尔多等城市采用了一种安全的地面供电系统 （ａｌｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｐａｒ ｓｏｌ，ＡＰＳ），很好地解决了设备装置与城 市景观间的矛盾。 关于 ＡＰＳ，本文稍后将作详细介绍。 这类新型有轨电车车辆在地面的平均运速为 １８ ～ ２０ ｋｍ／ｈ，如在高架桥上行驶，则可和全封闭线路上的地 铁速度相近。 在地面运行，遇十字路口采用信号优先通 过，比较安全，同时新型有轨电车车辆已采用 １００％低地 板，可十分方便和安全地供乘客（特别是残疾人士）上下 车，并且车体根据人体条件设置座席和立席扶乘装置、 采用视野开阔的大型玻璃窗等，乘行条件堪称舒适。 由 于新型有轨电车的使用，可取代部分汽车，减少尾气对 城市环境的污染，因此这类交通越来越受到人们的关 注，在一些国家交通需求适合的城市已在积极普及。 ２　新供电制式 APS 2．1　传统的供电制式及其优缺点 在城市轨道交通领域现有 ２ 种不同的供电制式， 一种是第三轨供电，另一种是架空接触网供电。 这两 种供电制式常用的电压等级也是当今国际电工委员会 （ＩＥＣ）推荐的 ＤＣ ７５０ Ｖ和 ＤＣ １ ５００ Ｖ。 这两种供电制 式各具有不同的优缺点，因此常形成业内在建城市轨 道交通选择供电制式时的争议热点。 自 １８６３年伦敦第一条地铁线路通车 １００ 多年以 来，已有 ３０多个国家 １００ 多座城市相继建设了地铁或 轻轨。 在传统的地铁线路中，采用第三轨者居多；而现 在，如再加上多数在地上行驶的轻轨线路，则在总量上 架空接触网居多。 第三轨供电是最早开始采用的供电制式，其构造 简单，可靠性高，坚固稳定，维修量小。 北京地铁线路 全部采用第三轨供电，４０多年来几乎没有什么维修，一 直稳定工作至今。 由于当今导电轨材料的改进，电压 等级也可提高为 １ ５００ Ｖ，解决了采用 ７５０ Ｖ电压能耗 偏高和变电所设置偏多等问题，在高架线路上对城市 景观也不会产生不良影响。 它的缺点是在地面线路上 使用不安全，在电分段和道岔处需断轨，易产生电弧， 在区间隧道或高架区间内使用，一旦发生事故，如不能 及时断电，人员疏散、逃生不安全。 架空接触网供电是后期发展起来的一种供电制式， 由于供电线路架设在线路上空，对人员来说十分安全， 在圆形和拱形隧道内可充分利用上部多余空间。 其缺点 是装置较易产生故障和维修不便，香港地铁架空接触网就 曾几次产生故障，导致一段时间运营中断。 此外，在地面 和高架线路上采用，对城市景观会产生一定的负面影响。 2．2　APS的构造和工作机理 新型的供电制式 ＡＰＳ，即地面供电系统，基本吸纳 了上述两种供电制式的优点，迴避了相应的缺点，是一 种值得研究推广采用的新供电制式，特别是对那些安 全和景观要求比较高的地方更适合。 2．2．1　APS 的构造 ＡＰＳ构造特点是供电仍采用第三轨，但第三轨埋设在两 股钢轨之间，轨道面与第三轨面均与地面持平。 第三轨由长 ３ ｍ的小绝缘段分成很多导电段，但每节导电段的长度 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 不得大于列车长度，且应尽可能短（见图４）。 在导电段下方 相应长度内埋设有感应电路，当列车通过时，接收到设于车 辆底部集电靴处天线发出的信号，该导电段即行供电，其他 区段处于接地状态，与走行钢轨连接，电压为０（见图５）。 a—无电段；b—绝缘段；c—供电段 图 ４　导电段示意图 图 ５　供电区段示意图 ＡＰＳ第三轨适合铺设在各种轨道路面内，如混凝 土、碎石、砖石及草地等路面（见图 ６）。 图 ６　ＡＰＳ第三轨可适应的各种轨道路面 69 新型有轨电车及其创新的供电制式 2．2．2　APS的工作机理 （１） 导电段 Ａ通电，列车通过 ２ 个集电靴受流，走 行轨回流，此时导电段 Ｂ、Ｃ和 Ｄ无电，见图 ７。 图 ７　ＡＰＳ工作机理 １ （２） 列车前面的集电靴进入导电段 Ａ和 Ｂ之间的 绝缘段，列车通过后面的集电靴继续受电，此时导电段 Ｂ、Ｃ和 Ｄ无电，见图 ８。 图 ８　ＡＰＳ工作机理 ２ （３） 导电段 Ｂ检测到列车，与导电段 Ａ一起向列 车供电，此时导电段 Ｃ和 Ｄ无电，见图 ９。 图 ９　ＡＰＳ工作机理 ３ （４） 列车后面的集电靴进入导电段 Ａ和 Ｂ之间的 绝缘段，导电段 Ａ检测不到列车即停止供电，导电段 Ｂ 通过列车前面的集电靴向列车供电，此时导电段 Ａ、Ｃ 和 Ｄ无电，见图 １０。 图 １０　ＡＰＳ工作机理 ４ （５） 列车的两个集电靴进入导电段Ｂ，共同向列车 供电，此时导电段 Ａ、Ｃ和 Ｄ无电，见图 １１。 ＡＰＳ供电按以上程序循环进行，使列车沿线前进。 可见，因 ＡＰＳ供电的第三轨埋设在地下，使该系统 不用在地面设立电杆，不用在线路上空架设线网，可取 图 １１　ＡＰＳ工作机理 ５ 得不影响城市景观的效果；同时，由于第三轨分段供 电，带电的第三轨均处于列车覆盖的底部，其他地段第 三轨均在电压为 ０的无电地区，十分安全。 ３　结语 这种供电制式的变革，确实较好地解决了城市轨 道交通以往采用的两种供电制式所存在的安全和景观 问题，但是，因 ＡＰＳ刚问世不久，难免还会有尚未发现 的问题，不过国外的实践证明，这种供电制式应该属于 基本成熟的技术。 关于造价，根据波尔多市主管部门介绍、该市修建 的 ４０ ｋｍ左右的新型有轨电车约相当于原计划兴建地 铁 ４ ｋｍ的造价。 采用 ＡＰＳ比架空接触网增加的费用 约占工程总造价的 ２％，其中地面设施和车载设备各占 １％。 目前，法国一些其他城市和北非、中东一些城市 也准备兴建这种新型有轨电车 。 我国拟发展中、低运量轨道交通的城市与地区，是 否应吸取西方国家应用新型有轨电车的经验，要兴建大、 中运量地铁和轻轨的线路是否可在全线或需要的地段采 用ＡＰＳ供电制式（线路部分线段采用，车辆则须有两种受 电装置），以解决安全或景观的矛盾，是值得探讨研究的 。 参考文献 ［１］ 赴法考察组．赴法国有轨电车及高速铁路考察报告［Ｒ］． 北京，２００８． New-type Tramcars and their Power Supply Mode Zhou Qingrui1　Shi Hong2 （１．Ｃｈｉｎａ Ｍｅｔｒｏ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｎｓｕｌｔｉｎｇ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００３７； ２．Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｕｒｂａｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００３７） Abstract ：The paper introduces a new ty pe of tramcarsw hich are advanced in technical performance and more user-friendly and actively applied in w estern countries, describes indetail their breakthrough in the reform of power supply modeand their working principles, as well as their safety andenvironmentally friendly features. Key words： new-ty pe tramcars; pow er supply mode; safety ;environment protection 79