谢 勇 张国龙 刘 洋

(1. 中车浦镇庞巴迪运输系统有限公司，241060，芜湖;2. 上海市隧道工程轨道交通设计研究院，200235，上海//第一作者,工程师)

上海轨道交通浦江线(又名上海轨道交通8号线三期)的功能定位为地铁接驳线。该线起于地铁8号线二期的终点——沈杜公路站，途经浦江镇，止于汇臻路站，线路全长6.644 km，全部为高架线。浦江线为上海建成运营的首条APM(自动旅客动输)线路，采用PBTS胶轮路轨APM 4节编组列车。列车牵引供电系统采用DC ±375 V，是国内第一条采用DC ±375 V供电制式的轨道交通线路。本文通过对比浦江线和传统地铁线路的直流牵引供电系统在设计上的差异，分析研究浦江线牵引供电系统中的设计创新项点。

1 浦江线的供电系统特点

浦江线是属于胶轮路轨制式的一种自动导向轨道交通系统，其轨道结构中包括运行道、导向轨及其连接零件、道岔、车挡等。其运行道采用钢筋混凝土结构，H型钢导向轨沿线路中心位置安装，车辆通过底部的导向轮与导向轨的接触实现自动导向。正、负极供电轨以及接地轨安装于导向轨腹板上部，正、负极供电轨为位于车辆底部左、右侧的集电靴授流；导向轨上部中心安装的接地轨则是通过与车辆接地靴的持续接触，为车体提供可靠接地。图1为典型的PBTS胶轮路轨APM车辆与轨道的接口示意图。

图1 PBTS胶轮路轨APM车辆与轨道接口示意图

PBTS胶轮路轨APM车辆的牵引网电压等级为直流750 V，符合IEC 60850—2014《铁路设施 牵引装置的供电电压》以及GB 50157—2013《地铁设计规范》中所要求的750 V直流牵引供电系统电压及其波动范围。牵引网馈电形式为直流双导线制，正极、负极供电轨均不接地，设置了贯通全线的专用接地轨。

2 浦江线牵引供电系统总体设计

浦江线的中压供电网络采用AC 35 kV供电电压，牵引供电系统采用DC ±375 V供电电压。变压器的连接组别为Dd0y11，整流器输出的正、负极通过电阻接地，共有2个单独的750 Ω电阻，其中一个将整流器正极输出连接到地面，另一个将整流器负极输出连接到地面。供电网络电压的额定值为DC 750 V，允许的波动范围为525～900 V。正线和车辆段的牵引网均采用接触轨。

浦江线牵引变电所直流馈线侧为单母线分段接线形式。正常运行时，母线联络隔离开关断开，2台整流机组分列运行，分别负责上行线和下行线牵引供电分区的供电。当1台整流机组退出运行时，母联开关闭合，由另1台整流机组负责该所上下行线牵引供电分区的供电。

当某一牵引网供电分区发生短路故障时，故障所在供电分区上的所有馈电开关将联跳，联跳后应首先断开各供电分区之间的联络接触器柜。可将直接连接到故障供电分区的直流馈电开关柜和轨旁电分段开关柜断开，以实现故障隔离。

当对某一供电分区进行维护时，需要断开该分区所对应的直流开关柜，并通过接地装置将该供电分区的正、负极供电轨可靠接地。在维修人员进入道岔供电分区、检修线或停车线等区域进行维护时，则需要将此供电分区的轨旁开关接地，实现正、负极供电轨可靠接地。轨旁开关接地前，应先断开接地柜内的双极接触器开关。接地柜内的双极接触器和双极接地隔离开关之间的合闸联络通过硬线连锁实现。

2. 1 四轨供电设计

与一般的城市轨道交通牵引供电系统大多采用直流接触网(或接触轨)供电，以走行轨作为回流通路的牵引网方案不同，浦江线的接触轨系统采用四轨供电方式，其接触轨系统设计中包含有完全绝缘安装的正极供电轨和负极供电轨，以及贯通全线安装的非载流接地轨。正、负极供电轨分别通过绝缘支架安装于钢制导向轨顶部，接地轨通过单独的接地轨支架安装于正、负极供电轨之间。正、负极供电轨以及接地轨全部采用钢铝复合轨，供电轨与集电靴的接触面为不锈钢材质。浦江线接触轨典型安装形式如图2所示，具备了使用寿命长、维护及更换简单等优点。

2. 2 供电系统综合接地设计

浦江线接触轨系统中采用沿轨道的非载流专用接地轨设计，该接地轨为PBTS胶轮路轨APM车辆的车体提供了持续可靠接地。接地轨通过接地分流电缆按等间距与导向轨连接，导向轨与导向轨之间通过接地跨接电缆连接，从而实现了导向轨的全线电气连通。导向轨以多点接地连接形式分别与变电所综合接地网、车站综合接地网，以及沿线专用接地极连接，构成了供电系统的综合接地。接地轨接地电阻小于5 Ω。

图2 浦江线接触轨典型安装示意图

由于PBTS胶轮路轨APM车辆的接地靴与接地轨持续可靠接触，车体与接地安装的站台门框架间为等电位，不存在接触电势差，因此可有效保障乘客的出行安全。

2. 3轨旁接触器开关柜

在浦江线供电系统设计中，采用双极接触器开关作为轨旁电分段开关柜和接地开关柜的柜内主开关，实现供电分区的供电和接地操作。接触器开关具有操作频率高、机械寿命和电气寿命长的特点，对于需频繁操作的工况尤为适用。

1) 电分断开关柜：主要应用于连接2段电气隔离的供电分区，柜内设有1台双极接触器及有压检测装置。接触器具备多次分合能力，使用寿命长。当电分断接触器闭合时，可将一个接触轨供电分区上的牵引电力传送给另一个供电分区。

2) 接地开关柜：一般用于连接道岔区的供电轨和检修线的供电轨，用于实现道岔区和检修线供电轨的供电和接地操作。接地开关柜内设有双极接触器、双极隔离开关和有压检测装置。当接地开关柜内的接触器闭合时，牵引电力被馈送到道岔区或检修线的接触轨上；当此接触器断开时，可通过闭合接地柜内的接地隔离开关，实现道岔区或检修区的接触轨安全接地，此时方可允许实施人工检修和维护等工作。

3 浦江线牵引供电系统的设计创新

3. 1 国内首次实现了四轨供电方式

浦江线采用的四轨供电方式从根源上消除了杂散电流的腐蚀影响。在采用走行轨为回流通路的城市轨道交通中，会因走行轨泄漏电阻值减小导致产生杂散电流，而浦江线APM采用的DC ±375 V供电系统中，设有完全绝缘安装的负极轨。按照英国标准BS_EN_50122-2《铁路设施 固定设备 直流牵引系统引起的杂散电流效应保护措施》标准说明，在直流馈电导体与走行轨无电气连接的情况下，一般不会产生杂散电流。

3. 2 杂散电流的设计预防措施

为了从根源上限制杂散电流的产生，主要采用了以下杂散电流防护措施：

1) 完全绝缘安装的供电轨。PBTS胶轮路轨APM车辆采用橡胶轮胎，因此，其混凝土运行轨道不需像传统的钢轮车辆系统那样，作为供电系统的回流轨。 在浦江线供电系统中使用了专用的接地轨，该接地轨通过车辆的接地靴及接地电缆与车体持续连接。所有牵引电力导线，无论是正极还是负极，都完全相互绝缘并对地绝缘。该设计方案使供电轨对大地具备非常高的电阻值。因此，泄漏电流可忽略不计。

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2) 供电轨具备极低的电阻。供电轨用铝制成，其等效横截面积为1 339 mm2，常规条件下的直流电阻约为0.026 Ω/km。负载电流将沿着该阻抗最低的供电路径回流，而不是通过接地回路回流。

3) 运行于对地DC ±375 V电压。不同于常规第三轨供电系统中正极电压为DC +750 V，浦江线供电系统中正极轨工作在DC +375 V，负极轨工作在DC -375 V。完全绝缘的供电轨上的较低对地电位，可降低系统产生杂散电流的可能。由于负极轨工作在DC -375V，接地系统的电压为0，此时接地的导向轨是相对于负极的较高电位，从而也降低了系统产生杂散电流的可能。

3. 3 供电系统接地方案的创新

如图3所示，在浦江线DC ±375 V供电系统中，牵引整流器输出的正、负极两相分别通过一个750 Ω的接地电阻进行接地。该接地电阻将牵引整流器的DC 750 V输出电位钳制在±375 V。

当DC ±375 V供电系统发生单相接地故障时，在任意一极电路接地后，其电压将被限制为0，其与另一极之间的压差仍然保持为750 V，因而，并不影响列车的正常运行，从而提高了系统的可用性。

图3 浦江线整流器输出电阻接地连接示意图

由于整流器输出采用大电阻接地，在发生单极接地故障时，故障电流将小于1 A，且设置在整流器输出端的接地故障检测装置可以检测到该接地电流故障，并将接地故障报警信号发送至控制中心，以便运营人员对接地故障进行及时地定位和处理。

不同于传统地铁制式中的列车车体与走行轨等电位且对地绝缘，浦江线创新地采用整流器输出大电阻接地设计方案，既考虑了供电系统运行的安全性，又提高了整个APM系统的可用性。

3. 4 供电分段设置的创新

优于传统地铁仅在牵引变电所处设置供电分段,在浦江线接触轨供电分段设计中，在每个道岔区都实现了独立的供电分区。因此，浦江线的运营模式比传统的地铁更为灵活，可最大程度地满足行车与供电分段的匹配性。

浦江线供电系统在正常运行时，轨道上所有电分断开关柜及联络接触器柜均为闭合。在该模式下，全线接触轨电分段处的左、右电势差被消除，这减轻了车辆集电靴在过渡电分段时产生的电弧放电腐蚀现象，减少了接触轨电气磨损，进而降低了接触轨的维护需求。

此外，由于电分段开关柜的闭合，全线接触轨构成了一个整体电气连通的牵引网。当线路上有多列车运行时，由列车制动产生的再生反馈电能可在牵引网内直接被其他正在运行的列车负载消耗，从而实现了高效的列车制动能量再利用，达到了很好的节能效果。

4 结语

1) 区别于一般地铁线路中的接触网或第三轨供电形式，浦江线供电系统通过创新的四轨供电方式设计，从根源上消除了杂散电流，使浦江线不会对周围环境产生杂散电流影响，解决了杂散电流带来的困扰。线路中无需安装杂散电流检测和腐蚀控制系统设备，如单向导通装置、杂散电流收集网、杂散电流检测系统、杂散电流腐蚀控制系统等，节省了牵引供电系统中与杂散电流和腐蚀控制相关的建设投资。

2) 通过专用的接地轨设计，浦江线从根源上解决了传统地铁中存在的跨步电压危险，站台门框架无需绝缘安装，变电所内直流设备无需框架保护装置，车站也无需设置轨电位限制系统，降低了系统建设成本。

3) 浦江线牵引供电系统具备在单相接地故障情况下不影响列车运行的能力，这为排除接地故障提供了一个缓冲期，为线路调整行车组织、寻找故障原因以及系统恢复提供了充足的时间，为浦江线能够长时间稳定运行创造了条件。