趙麥麗，胥偉，胡文超

（中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，成都 610000）

1 引言

近年來，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城市交通矛盾越來越突出。省會(huì)城市及經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)較好的城市，一般采用建設(shè)地鐵或輕軌等軌道交通形式來緩解交通，而中小城市因經(jīng)濟(jì)水平低、人口數(shù)量少、城市發(fā)展規(guī)劃受限制等原因，不能達(dá)到申請(qǐng)建設(shè)地鐵或輕軌等軌道交通?？哲墸纯罩熊壍懒熊嚕?，是懸掛式單軌交通系統(tǒng)，因其建設(shè)周期快、投資小、占地少、噪音小、景觀效果好等優(yōu)點(diǎn)，能適應(yīng)中小城市軌道交通發(fā)展需要，也可作為地區(qū)景觀性標(biāo)志。

國內(nèi)不少城市已開始規(guī)劃并加快籌建空軌交通，有效緩解城市交通擁堵的同時(shí)，還能降低污染，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。

2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

空軌系統(tǒng)距今已有一百多年的歷史，僅有德國和日本有運(yùn)營線路。

德國是最早建設(shè)空軌的國家，世界上第一條空軌線路——烏帕塔爾線，位于德國烏帕塔爾市，全長13km，于1900年建成，日載客量超過70000人，現(xiàn)運(yùn)營情況良好。德國多特蒙德市，建有2條空軌線路，其中1號(hào)線3km，2號(hào)線1.05km，均為單線運(yùn)行。日本在1961年引進(jìn)空軌相關(guān)技術(shù)，截至目前已建成并投運(yùn)4條空軌線路：湘南線、千葉都市1號(hào)線、千葉都市2號(hào)線、上野動(dòng)物園懸臂式游園線，其中千葉都市1號(hào)線為世界運(yùn)營長度最長的空軌線路。

經(jīng)過多年的發(fā)展，空軌系統(tǒng)因其獨(dú)有的優(yōu)勢，逐漸成為國內(nèi)全新軌道交通項(xiàng)目的重要選擇形式。2011年，國內(nèi)開始引進(jìn)空軌列車制造技術(shù)。青島四方股份公司內(nèi)有一段試驗(yàn)線，國內(nèi)正在研究采用新能源（蓄電池）供電方式的空軌列車，我國首列新能源懸掛式空中列車已在成都雙流運(yùn)行，見下圖。目前，空軌項(xiàng)目在國內(nèi)還尚無運(yùn)營先例。

3 空軌系統(tǒng)組成及供電制式

空軌系統(tǒng)主要由軌道梁、車站、車輛、供電系統(tǒng)及控制系統(tǒng)等組成[1]。

空軌與傳統(tǒng)的輪軌系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念相反，軌道梁處于列車上方，并由鋼支柱或混凝土支柱支撐，列車被懸掛并滑動(dòng)運(yùn)行。

目前國外運(yùn)營的空軌項(xiàng)目都采用了DC750V接觸軌供電方式，國內(nèi)青島四方股份公司內(nèi)的試驗(yàn)線也采用了接觸軌供電方式，我國首列新能源懸掛式空中列車已在成都雙流運(yùn)行。

采用接觸軌供電時(shí)，接觸軌安裝于箱梁內(nèi)部，根據(jù)車輛需求確定采用何種受流方式。車輛的受電靴與接觸軌接觸對(duì)列車進(jìn)行供電。接觸軌供電技術(shù)安全成熟可靠，運(yùn)營維護(hù)經(jīng)驗(yàn)豐富，沿線需設(shè)牽引變電所以及配合上網(wǎng)電纜敷設(shè)路徑，初期工程投資較大。

采用蓄電池供電方式時(shí)，供電系統(tǒng)需根據(jù)行車組織要求在某些車站或車場設(shè)置充電裝置以滿足充電要求。與接觸軌供電制式相比，采用蓄電池供電的技術(shù)還不夠成熟，也無相關(guān)類似運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)，沿線雖不需設(shè)置牽引變電所、接觸軌及上網(wǎng)電纜，初期投資較小，維護(hù)檢修工作量較小，但隨著線路運(yùn)營時(shí)間增長，蓄電池續(xù)航里程會(huì)隨電池使用時(shí)間及充電次數(shù)的增加而逐漸減少，后期更換蓄電池的投資將是一筆可觀的數(shù)目。

空軌項(xiàng)目具體采用何種供電制式，應(yīng)結(jié)合線路特點(diǎn)、車輛選型及外部電源條件統(tǒng)籌考慮。

4 供電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究

4.1 供電方式及中壓供電網(wǎng)絡(luò)方案

空軌系統(tǒng)一般建設(shè)在城市，且線路短、運(yùn)量低、負(fù)荷小，采用分散供電方式外部電源投資相對(duì)較低，結(jié)合城市電網(wǎng)配電網(wǎng)絡(luò)電壓等級(jí)多采用10kV，故供電方式一般采用10kV分散式供電方式，10kV供電網(wǎng)絡(luò)采用分區(qū)環(huán)網(wǎng)接線方案。

空軌列車由于特殊的結(jié)構(gòu)，列車被架設(shè)在空中，雖減少了征地面積，但采用何種分區(qū)方案，如何解決并尋找技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理的環(huán)網(wǎng)電纜敷設(shè)路徑直接關(guān)系到空軌供電系統(tǒng)可靠性、工程投資、運(yùn)營維護(hù)管理方便性、維護(hù)工作量及運(yùn)營成本的高低[2]。

本文以大邑空軌項(xiàng)目（采用接觸軌供電時(shí)）為例，提出以下三個(gè)10kV分區(qū)環(huán)網(wǎng)接線方案：

4.1.1 單環(huán)網(wǎng)方案

中壓網(wǎng)絡(luò)采用單環(huán)網(wǎng)接線形式，即把全線的變電所劃分成幾個(gè)供電分區(qū)，每個(gè)供電分區(qū)的某一個(gè)變電所從地方電網(wǎng)引入一回10kV電源，分區(qū)內(nèi)的變電所以單線環(huán)網(wǎng)形式連接。具體接線方案見下圖。

采用單環(huán)網(wǎng)供電方式時(shí)，環(huán)網(wǎng)電纜敷設(shè)數(shù)量較少、使用的開關(guān)設(shè)備數(shù)量較少，需要3路10kV外部進(jìn)線電源，但對(duì)于動(dòng)力照明一二級(jí)負(fù)荷來說，無第二路備用電源。

4.1.2 雙環(huán)網(wǎng)方案

中壓網(wǎng)絡(luò)采用雙環(huán)網(wǎng)接線形式，即把全線的變電所劃分成幾個(gè)供電分區(qū)，每個(gè)分區(qū)的某一個(gè)變電所從地方電網(wǎng)引入兩回10kV電源，分區(qū)內(nèi)的其他變電所以雙環(huán)網(wǎng)形式連接。具體接線方案見下圖。

采用雙環(huán)網(wǎng)供電方案時(shí)，供電可靠性高，供電質(zhì)量較好，每座車站及車場設(shè)置兩臺(tái)配電變壓器，保證了動(dòng)力照明一二級(jí)負(fù)荷兩路電源的需求。但環(huán)網(wǎng)電纜敷設(shè)數(shù)量是單環(huán)網(wǎng)方案的兩倍，同時(shí)外部進(jìn)線電源需要4回，比單環(huán)網(wǎng)方案增加了1回，城市電網(wǎng)需增加1回10kV饋出線間隔，外部電源投資增加的同時(shí)，也提高了環(huán)網(wǎng)電纜敷設(shè)數(shù)量及維護(hù)工作量。

4.1.3 單環(huán)網(wǎng)+成套三相逆變方案

中壓網(wǎng)絡(luò)采用單環(huán)網(wǎng)接線形式，即把全線的變電所劃分成幾個(gè)供電分區(qū)，每個(gè)供電分區(qū)的某一個(gè)變電所從地方電網(wǎng)引入一回10kV電源，分區(qū)內(nèi)的變電所以單線環(huán)網(wǎng)形式連接。正線每座車站均設(shè)置一套成套三相逆變電源裝置，為車站動(dòng)力照明負(fù)荷提供第二路電源。具體接線方案見下圖。

上述方案，在原單環(huán)網(wǎng)方案的基礎(chǔ)上，每座車站變電所增設(shè)一套成套三相逆變電源裝置，配電變壓器與成套三相逆變電源裝置互為熱備用。正常運(yùn)行方式下，由配電變壓器承擔(dān)全部動(dòng)力照明負(fù)荷，成套三相逆變電源裝置處于備用狀態(tài)，當(dāng)配電變壓器退出運(yùn)行時(shí)，切除該所供電范圍內(nèi)的三級(jí)負(fù)荷，由成套三相逆變電源裝置承擔(dān)該所供電范圍內(nèi)的動(dòng)力照明一、二級(jí)負(fù)荷。

對(duì)于車輛基地變電所，當(dāng)一臺(tái)配電變壓器退出運(yùn)行時(shí)，切除該所供電范圍內(nèi)的三級(jí)負(fù)荷，由另一臺(tái)變壓器承擔(dān)該所供電范圍內(nèi)的動(dòng)力照明一、二級(jí)負(fù)荷。

4.2 變電所

變電所形式分土建變電所與箱式變電所兩種。土建變電所是變電所與空軌車站合建，有利于環(huán)網(wǎng)電纜及上網(wǎng)電纜的敷設(shè)，運(yùn)營維護(hù)管理與車站同步，但土建面積需求較大。

箱式變電所可設(shè)置在車站附近或線路沿線。采用箱式變電所可減少車站面積，降低土建投資，但同時(shí)增加了變電所選址的相關(guān)工作。

箱式變電所內(nèi)部平面布置原則上采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，使設(shè)備布置緊湊、合理，符合變電所設(shè)備接線關(guān)系，電纜敷設(shè)徑路順暢，便于運(yùn)營管理與維護(hù)[3]。

為減少占地面積，綜合考慮柜后檢修，除變壓器外，其他開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備布置采用單列或雙列混合近墻布置方式，安裝于開關(guān)設(shè)備隔室內(nèi)；整流變壓器、配電變壓器等分別安裝于單獨(dú)的變壓器隔室內(nèi)。

4.3 接觸軌

一般接觸軌的受流方式分為上部接觸受流、下部接觸受流及側(cè)部接觸受流三種方式。具體采用何種受流方式應(yīng)根據(jù)車輛選型確定。大邑空軌項(xiàng)目采用側(cè)部接觸受流方式。接觸軌沿軌道箱型梁內(nèi)側(cè)壁設(shè)置，一側(cè)設(shè)正極接觸軌、另一側(cè)設(shè)負(fù)極接觸軌，正、負(fù)極接觸軌均絕緣安裝。

接觸軌主要有C型鋼鋁復(fù)合軌、工字型鋼鋁復(fù)合軌軌、T型匯流排+滑觸線等形式。

鑒于C型鋼鋁復(fù)合軌有效受流面寬、滿足受流靴安全取流要求；占空小，滿足在單軌箱型梁內(nèi)的安裝空間要求，同時(shí)，C型鋼鋁復(fù)合軌使用旋轉(zhuǎn)式內(nèi)卡固定、安裝方便、定位準(zhǔn)確、安裝精度高，推薦空軌項(xiàng)目接觸軌采用C型鋼鋁復(fù)合軌。

4.4 電纜敷設(shè)

空軌列車懸掛在空中，沿線的環(huán)網(wǎng)電纜敷設(shè)可采用地面電纜溝或埋管等方式，也可在箱梁上方設(shè)置電纜槽。采用地面敷設(shè)方式時(shí)方便檢修，但投資較大，與道路管線存在配合。電纜敷設(shè)在箱梁上方的電纜槽中時(shí)，應(yīng)做好從箱變至電纜槽的路徑配合，具體根據(jù)工程情況確定，這種方式投資較小，但電纜及箱梁的檢修工作量較大，維護(hù)檢修及運(yùn)營維護(hù)管理不便。

5 結(jié)語

空軌，作為一種輕型、低運(yùn)量、建設(shè)周期短、建設(shè)速度快的軌道交通形式，不僅能滿足中小城市居民出行需求，也能極大促進(jìn)旅游業(yè)發(fā)展，給游客提供高質(zhì)量的出行體驗(yàn)。相比傳統(tǒng)地鐵工程，空軌供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案靈活，可根據(jù)線路特點(diǎn)、車輛選型及城市外部電源條件等進(jìn)行有針對(duì)性的設(shè)計(jì)，以達(dá)到安全可靠、節(jié)能環(huán)保、維護(hù)方便、節(jié)約投資的目的。