美國輕軌供電系統(tǒng) 摘 要：本文介紹美國圣地亞哥市輕軌供電系統(tǒng)以及波特蘭市輕軌直流饋電分支系統(tǒng)，可供我國建設(shè)城市軌道交通系統(tǒng)時(shí)參考。1引 言 城市交通的發(fā)展趨勢是采用地下鐵道、輕軌交通、無軌電車及電動(dòng)汽車。本文介紹美國圣地亞哥市輕軌供電系統(tǒng)以及波特蘭市輕軌直流饋電分支系統(tǒng)，以供我國建設(shè)城市軌道交通系統(tǒng)時(shí)作為參考。 2美國圣地亞哥市輕軌供電系統(tǒng) ２．１ 直流饋電分支系統(tǒng) 直流饋電分支系統(tǒng)包括架空饋電分支系統(tǒng)與饋線電纜，它將來自牽引變電所的電能分配給輕軌車輛。一般，典型輕軌交通系統(tǒng)采用兩種形式的架空饋電分支系統(tǒng)：直接懸吊與鏈?zhǔn)綉业酰鐖D１與圖２所示。 ２．１．１ 直接懸吊 直接懸吊是架空牽引結(jié)構(gòu)的一種形式，其接觸線由橫繃線經(jīng)絕緣子來懸吊。由于觸線的電導(dǎo)及載流容量較低，一般需要地下并聯(lián)饋線電纜。此種結(jié)構(gòu)系用于中心商業(yè)區(qū)，以保持美觀，并且是固定終端形式的。 擁擠地區(qū)建筑物所有人有時(shí)寧愿橫繃線附著在其建筑物上，而不愿在其建筑物前樹立支柱（電桿）。雖然這是可以接受的交通方案，但會(huì)使建筑物部分承受不尋常的應(yīng)力。線中斷時(shí)可能造成比支柱架線更大的危險(xiǎn)，因?yàn)檫@使建筑物所承受的力大于支柱所附線的力。 ２．１．２ 鏈?zhǔn)綉业?BR>鏈?zhǔn)綉业跏羌芸諣恳Y(jié)構(gòu)的一種形式，其觸線由單根或多根懸吊線懸吊。鏈?zhǔn)綉业跬ǔ楹唵捂準(zhǔn)剑?dāng)需要較大的安載流容量以及較低的導(dǎo)電率時(shí)，鏈?zhǔn)綉业蹙筒捎脧?fù)雜鏈?zhǔn)健ｆ準(zhǔn)綉业跬ǔ楹愣◤埩π问剑溆|線及懸吊線利用一平衡重量系統(tǒng)，在大的溫度范圍內(nèi)保持恒定的張力。 （１）支持結(jié)構(gòu) 常用的支持結(jié)構(gòu)有兩種形式：懸臂式與軟橫跨式。懸臂結(jié)構(gòu)由于美觀及費(fèi)用節(jié)約的緣故是人們?cè)敢膺x用的形式。懸臂組件裝在側(cè)旁或中央的支柱上。裝于側(cè)旁支柱的懸臂組件通常用于曲率半徑大于３００ ｆｔ的所有單軌場合。除非側(cè)旁凈空不能符合要求時(shí)，裝在中央支柱的懸臂組件應(yīng)當(dāng)用于所有雙軌的場合。軟橫跨式通常用于曲率半徑小３００ ｆｔ的單軌、雙軌、讓車車道和多軌的場合。第三種形式的支持結(jié)構(gòu)稱為門結(jié)構(gòu)，其支持物為剛體鋼構(gòu)件，設(shè)立在軌道兩側(cè)。此種形式用于軟橫跨與懸臂支持不能應(yīng)用的特殊場合。 前二種形式支持結(jié)構(gòu)的共同特點(diǎn)是具有減小懸吊線或觸線斷裂時(shí)張力的性能。懸臂組件用鉸鏈裝在支柱上，當(dāng)線中斷時(shí)由于懸臂組件依支柱而旋轉(zhuǎn)會(huì)使張力減小。這使相鄰跨距的長度縮短，從而使張力減小。在軟橫跨式的情況下，當(dāng)觸線中斷時(shí)，由于橫繃線的偏移會(huì)使張力減小，當(dāng)懸吊線中斷時(shí)，懸吊線通過其滑輪裝置的自由運(yùn)行會(huì)使張力減小。 （２）恒定張力系統(tǒng) 觸線與懸吊線相對(duì)于其支持結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)是恒定張力系統(tǒng)所必需的。為此，相隔一定間距要安裝平衡重量裝置。最大間距通常為４ ０００ ｆｔ，而這些間距，如所周知，是張力區(qū)段。懸吊線與觸線用一稱為中點(diǎn)錨固裝置的拉線系統(tǒng)固定在每個(gè)張力區(qū)段的中點(diǎn)。懸吊線和觸線的伸縮度為周圍溫度以及中點(diǎn)錨固裝置與有關(guān)平衡重量裝置之間間距內(nèi)列車負(fù)荷所引起的溫升的函數(shù)。每個(gè)平衡重量裝置包括一滑輪以及若干混凝土或鋼的重塊，以維持線索的弧垂與張力。 為了保證集電弓架從一個(gè)張力區(qū)段順滑地通行至另一張力區(qū)段，相鄰張力區(qū)段的跨距段是搭接的。在每個(gè)張力區(qū)段以及搭接段之外一個(gè)跨度處的末端觸線及懸吊線從軌道中心線處被拉住，然后固定在一平衡重量裝置上。 ２．１．３ 跨距長度（檔距） 在直接懸吊的情況下，跨距長度的確定通常基于中心商業(yè)區(qū)街區(qū)的長度。最大距距長度一般限于１２０ ｆｔ，而平均為９０ ｆｔ，從而一般來說每個(gè)街區(qū)為兩個(gè)跨距。 鏈?zhǔn)綉业醯目缇嚅L度一般限于２００ ｆｔ，以避免脫線及限制支柱（電桿）基礎(chǔ)的大小。跨度長度基于觸線偏離軌道中心線所允許的最大位移，換言之，基于集電弓架從一個(gè)角端至另一角端的寬度。當(dāng)計(jì)算觸線偏離軌道中心線的總位移時(shí)，必須考慮下列特性：線上最大風(fēng)壓，觸線搖晃，支柱偏移，軌道道口，車輛偏移，鏈吊支持物由于溫度變化的移動(dòng)以及結(jié)構(gòu)容差的影響。 ２．１．４ 支柱（電桿）選擇 單純從技術(shù)觀點(diǎn)出發(fā)時(shí)，支柱的選擇系根據(jù)所支持饋電分支系統(tǒng)的形式而定，與所需支柱的高度、街道寬度以及所需弧垂等有關(guān)。通常采用兩種形式的支柱：寬緣工字（Ｈ型）鋼柱及預(yù)應(yīng)力混凝土支柱。 ２．２ 雜散電流控制 在直流牽引供電系統(tǒng)中行軌用作主要負(fù)回路時(shí)，可以引起地下公用事業(yè)設(shè)備以及相鄰結(jié)構(gòu)損壞的雜散電流應(yīng)加以防止。因此，配合有若干設(shè)備與措施以使雜散電流減至最小，并使其效應(yīng)減輕。一些常用的設(shè)備與措施如下。 ２．２．１ 設(shè)計(jì)具有非接地陰極的牽引供電系統(tǒng)。整流器、直流開關(guān)設(shè)備和負(fù)排流設(shè)備要與地絕緣。如果排流設(shè)備是接地的，多路地下回歸路徑將會(huì)存在，從而引起雜散電流。 ２．２．２ 限制牽引變電所之間的距離。與通常輕軌交通系統(tǒng)和重軌交通系統(tǒng)中牽引變電所間距長的情況不同，牽引變電所間距短導(dǎo)致行軌小的負(fù)電壓上升值。當(dāng)雜散電流存在時(shí)，這就可以使其值基本上減小。在圣地亞哥系統(tǒng)中，限制變電所間距約為７ ０００ ｆｔ，這使正常與降級(jí)運(yùn)行情況下的負(fù)電壓上升值限制到４５ Ｖ。 ２．２．３ 每所牽引變電所配備有負(fù)排流設(shè)備。雜散電流排流電纜接自地下公用事業(yè)設(shè)備。當(dāng)需要排泄雜散電流時(shí)，它們能夠有選擇性地接往負(fù)排流設(shè)備。這就可以控制排自受影響公用事業(yè)設(shè)備的雜散電流。 ２．２．４ 采用非金屬地下管道。 ２．２．５ 軌道具有高路基電阻。 ２．２．６ 軌道與地絕緣。 ２．３ 牽引變電所間距 典型輕軌交通系統(tǒng)牽引供電系統(tǒng)的運(yùn)行電壓范圍為額定電壓（１００％滿載電壓）的７０％～１２０％。雖然直流７５０ Ｖ也在采用，但最常用的額定電壓是直流６００ Ｖ。在圣地亞哥輕軌交通系統(tǒng)中，選用直流６５０ Ｖ作為車輛運(yùn)行電壓。與６００ Ｖ相比較，為１６ ｍｉｌｅ系統(tǒng)選用６５０ Ｖ的結(jié)果是牽引變電所減少１所為１３所。 牽引變電所的間距主要決定于電壓降，也與負(fù)電壓上升值以及低水平故障（例如遠(yuǎn)端短路）有關(guān)。牽引變電所之間的間距越大，則負(fù)電壓上升值越大，必須適當(dāng)?shù)丶右韵拗啤４送猓魏蔚退焦收夏鼙惶綔y并被清除。 為了減小線路電阻以降低電壓降，雙軌的觸線及懸吊線，通常是交叉連接的。從而，兩條軌道的架空線由雙饋區(qū)段各端的直流饋線斷路器來保護(hù)。如此的特點(diǎn)可使變電所的數(shù)目減少，也可使一個(gè)變電所內(nèi)的直流饋線斷路器數(shù)目減少一半。但是，如果線路單向因故障斷開時(shí)，雙向都要受到影響。 采用具有再生制動(dòng)的斬波控制推進(jìn)系統(tǒng)也能獲得電壓降的減小。此外，采用他激式電動(dòng)機(jī)以推進(jìn)車輛，也會(huì)減小電壓降。與串激式電動(dòng)機(jī)相反，在高于基準(zhǔn)速度的情況下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，他激式電動(dòng)機(jī)具有保持高牽引力的固有特性。因此，車輛的初始或峰值加速度能夠減小而不影響平均加速度。 3美國波特蘭市輕軌延長線的直流饋線分支系統(tǒng)（架空線網(wǎng)系統(tǒng)） 該市輕軌延長線采用下列４種結(jié)構(gòu)的直流饋電分支系統(tǒng)： （１）重量調(diào)整張力的簡單懸吊形式，其高度為４ ｆｔ（約１．２ ｍ）； （２）具有固定終端的簡單懸吊形式，用于隧道內(nèi)； （３）重量調(diào)整張力的單接觸線形式，用于波特蘭市及希爾斯伯勒鬧市范圍鋪軌地區(qū)，加設(shè)有地下饋電電纜，以增加電流容量； （４）具有固定終端的單接觸線形式，用于愛爾蒙尼卡存車場。 直流饋電分支系統(tǒng)包括４種線體：３００ Ｋｃｍｉｌ硬拉槽形銅接觸線；２５０ Ｋｃｍｉｌ硬拉絞合銅吊線；并聯(lián)用２ ｋＶ地下電纜——在波特蘭鬧市區(qū)采用７５０ Ｋｃｍｉｌ者，在希爾斯伯勒鬧市區(qū)采用５００ Ｋｃｍｉｌ者。 在車站交通線區(qū)域一般采用懸臂組件裝在中央支柱上的方式。在某些場合采用懸臂組件裝在側(cè)旁支柱上的方式。鬧市鋪軌區(qū)域采用錐狀管形支柱，其外表美觀且其上裝有街道照明用燈具。 架空線網(wǎng)上裝有分段絕緣器，以便故障隔離及維護(hù)。 在愛爾蒙尼卡工場建筑物內(nèi)，在每個(gè)車輛工段，線網(wǎng)由墻裝隔離開關(guān)來分段。 其他情況大致與圣地亞哥市相同，不再贅述。 波特蘭市輕軌延長線直流饋電分支系統(tǒng)的接觸線、吊線及地下電纜的分布情況如下： 車站交通線區(qū)域：２５０ Ｋｃｍｉｌ吊線與３００ Ｋｃｍｉｌ接觸線并聯(lián)； 鋪軌地區(qū)：７５０ Ｋｃｍｉｌ地下饋線與３００ Ｋｃｍｉｌ接觸線并聯(lián)（波特蘭市鬧區(qū)）；５００ Ｋｃｍｉｌ地下饋線與３００ Ｋｃｍｉｌ接觸線并聯(lián)（希爾斯伯勒鬧市區(qū)）； 電阻值（６０ ℃）： 吊線 ０．２６５ Ω／ｍｉｌｅ； 接觸線（新的）０．２１３ Ω／ｍｉｌｅ； 接觸線（磨損２０％的）０．２６７ Ω／ｍｉｌｅ； 地下饋線（７５０ Ｋｃｍｉｌ）０．０８５ Ω／ｍｉｌｅ； 吊線與磨損的接觸線并聯(lián)時(shí) ０．１３３ Ω／ｍｉｌｅ； ７５０ Ｋｃｍｉｌ地下饋線與磨損的接觸線并聯(lián)時(shí) ０．０６４ Ω／ｍｉｌｅ。 參考文獻(xiàn) １ Ｒａｌｐｈ Ｓ．Ｔｈｏｍａｓ，ｅｔ ａｌ． Ｔｒａｃｔｉｏｎ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ Ｆｏｒ Ｔｒｉ?Ｍｅｔ Ｐｏｒｔｌａｎｄ Ｗｅｓｔｓｉｄｅ ＆ Ｈｉｌｌｓｂｏｒｄ ＬＲ Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎｓ．ＩＥＥＥ／ＡＳＭＥ Ｊ Ｒ Ｃ，１９９９（７） ２ Ｐ Ｗｏｎｇ．ＬＲＴ Ｔｒａｃｔｉｏｎ Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ．ＩＥＥＥ／ＡＳＭＥ Ｊ Ｒ Ｃ，１９８３ |
