第三轨供电 - Wikiwand
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第三轨供电

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第三轨供电,是电气化铁路的供电形式之一,常见于都市铁路或轨道系统,亦偶见于部分城际铁路路网。

概要

第三轨供电系统是一种铁路供电方法。顾名思义,第三轨供电的概念就是在列车行走的两条路轨以外,再加上一至两条导电轨,导电轨通常设于两轨之间或外侧;同时在动车组或机车上装设集电装置,以接触导电轨并滑行。这种集电装置因为类似靴子形状,因此被称为“shoe”,中译为“集电靴俄语Токоприёмник для контактного рельса”。

由于电力系统需同时具备送电与回流才能完成回路,因此必须有回流轨的设置。在钢轨系统中,可以利用路轨送回电流,而无需另外设置另一回流轨;但在单轨铁路胶轮路轨系统,由于电流无法透过路轨回流,只能另外增设轨道作为回流轨。但独立设置回流轨的方式,意外地提高系统可靠性与降低对号志系统的干扰,让某些纯钢轨系统也建置独立的回流轨(如伦敦地铁)。

德国西门子公司于1879年的柏林博览会展示了一列从第三轨取电的概念车。此后许多铁路和轨道系统均装设导电轨,提供铁路电力。位于伦敦的第一条电气化地铁在1890年开通时采用第三轨供电方式。

  • 供电轨
    供电轨
  • 供电轨与受流器接触
    供电轨与受流器接触
  • 武汉地铁7号线长丰停车场
    武汉地铁7号线长丰停车场
  • 受流器(集电靴)
    受流器(集电靴)

优点

  • 带电轨的结构简单,无需大量的悬吊结构,因而建设成本比接触网低,是很多轨道交通供电系统没有转用接触网的主因。
  • 天灾对带电轨的影响较接触网少(除非洪水泛滥)。
  • 净空较小的隧道,安装带电轨比接触网更适合。
  • 用带电轨比接触网较不阻碍视线,尤其在注重景观而且非地下化路段的情况下。

缺点

伦敦的中央式第三轨供电
伦敦的中央式第三轨供电
第三轨供电的电弧(伦敦地铁)
第三轨供电的电弧伦敦地铁
  • 带电轨道构成触电危险:如果有人企图横过路轨就容易因踏在带电轨道上而触电致死。北京地铁就曾经发生有人堕轨后触电的个案。而台北捷运淡水线即有平面第三轨供电路段,为防止民众误踏而加设严密的铁丝网,而因此大多用在有专用路权的封闭式路线上。
  • 电压问题:带电轨道的电压不能太高,否则会在路轨间形成电弧。由于电流较大,故此每隔一小段便要设立一个电站,以确保电力供应稳定。但这样也加重了成本,因此只适合用在短距离的地下铁或都市内的轨道运输。另外,电压问题亦使高速列车和货运列车不适合行走于第三轨供电系统铁道,故一般速度较低、载重较小的列车(亦即通常用于大众运输的一类列车)较适合使用第三轨供电系统。不过英国南部的国铁电气化区段却大规模地采用第三轨供电。
  • 第三轨供电系统的电压较接触网系统为小。接触网一般能提供15或25kV交流电,但第三轨系统最多只能提供约1500V直流电(也有采用低压交流电的例子:如AC 600V)。
  • 电流流失:由于带电轨道接近地面,故有时电流流失到地面。一些带电轨道会加上条以减少电流流失(因为铝的传电能力比为佳)。然而,由于铝对热力的膨胀反应与钢有所不同,为避免损毁带电轨,带电轨的两旁都必须有钢条栓紧。
  • 限速:由于集电靴在高速之下难以准确地抓紧带电轨,故采用第三轨供电系统的铁路限速不能太高。现时采用第三轨供电系统的铁路最高速度均不超过160km/h。
  • 缝隙问题:在转辙器平交道等处,带电轨都必须留下空隙以容许其他路轨穿越其间。一般来说,使用第三轨供电的列车都是动车组,列车一定拥有多于一个集电靴,所以空隙不会构成什么问题。但在某些情况下,列车仍有可能因为全部的集电靴都在空隙之中,无法取得电力而不能行动。这时列车需要由其他机车推动、或接驳紧急用电缆到最近的带电路轨上,以取得动力。例如天津地铁1号线,当列车下行往双林方向快到海光寺时,因道岔过长造成集电靴无法接触到带电轨,所以列车均会跳电10至30秒,跳电时紧急电源只会支持一小部分照明系统和行控系统。由于这些事故多于繁忙的交汇处发生,故通常都会导致严重的挤塞及延误。

其他相关资料

APS系统

波尔多轻轨所采用的APS系统,供电轨位于两条路轨的中间
波尔多轻轨所采用的APS系统,供电轨位于两条路轨的中间

APS,法文全称为“Alimentation par Sol”,英文又称为“Ground-level power supply”或“Surface current collection”,是一种创新的第三轨供电方式,于2003年启用的波尔多动车组首先采用此系统。APS系统的供电轨在外观上像是两条金属片镶在一长条绝缘片上,当列车行驶时,列车的号志感应装置会侦测并传递讯号给该区段的供电轨,此时在列车中间下方的供电轨才会依讯号向与集电靴的接触点提供电源;因此未有与列车集电靴接触的供电轨并不会带电,行人、动物、车辆通过的时候不会有触电的危险[1][2]。APS系统大幅提高了安全性,但更换供电轨时必须将路面封闭,带来不便。

除了波尔多,于2011年启用的昂热汉斯有轨动车组系统、奥尔良轻轨B线法语Ligne B du tramway d'Orléans迪拜有轨电车也都采用APS系统。

混合供电

阿什福德国际车站的混合供电路段
阿什福德国际车站的混合供电路段
左边为交流25kV50Hz接触网供电的1号高速铁路,右边为直流750V第三轨供电的既有线
左边为交流25kV50Hz接触网供电的1号高速铁路,右边为直流750V第三轨供电的既有线

有些铁路线是第三轨供电和高架电缆两种路段组合而成。行走这些铁路线的列车须同时能够从两种供电系统取电。此情况在铁路线延伸或两条原本使用不同供电系统的路线连结时均可能出现,日本信越本线横川站 - 轻井泽站间(碓冰峠,此字同"岭")的ED42曾经使用过此种方法;而广州地铁4561421上海轨道交通16号线东莞轨道交通1号线(在建;仅限开通首两年),以及波士顿地铁蓝线,是少数采用混合供电的第三轨地铁系统。其中广州地铁4561421上海轨道交通16号线车厂使用接触网供电,正线采用第三轨供电(二者均为1500伏特直流电);而波士顿地铁蓝线则隧道采用第三轨供电,架空及地面段采用接触网供电;东莞轨道交通1号线则于正线采用接触网供电,而经由共用的深圳地铁6号线正线进出临时配属的长圳车辆段时改用第三轨供电。

在英国南部,由于需接驳DC750V第三轨供电和AC25kV接触网供电的路段,故混合供电的路段很普遍。而提供行驶于1号高速铁路英国铁路395型电力动车组欧洲之星列车英国铁路373型电力动车组是全球少数款采用混合供电的高铁列车(但使用集电靴时速度限于160km/h)。

实例

参考文献

  1. ^ [1] 于新源(民93)。考察法国轻轨系统报告。中华技术,64。
  2. ^ [2] 页面存档备份,存于互联网档案馆 王丽丽(2004)。法国波尔多试验轻轨路面供电系统。现代城市轨道交通,2004 (3)。
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