膠輪路軌自動旅客運輸系統車間移動供電方式比較及應用案例分析

齊浩然 田方友 崔 練

(1. 中車浦鎮龐巴迪運輸系統有限公司，241060，蕪湖；2. 威斯翰(北京)科技有限公司，100029 , 北京//第一作者，助理工程師)

移動供電技術在起重機械、自動倉儲系統、自動化生產線、港口等行業領域有著廣泛應用[1]。出于安全考慮，采用接觸軌供電的軌道交通系統，其接觸軌一般不敷設在檢修區內[2]。為保證軌旁維修人員的安全，提高列車檢修效率，降低接觸軌授流方式對工作人員帶來的電擊風險[3]，需要采用安全而高效的方式輔助列車出入庫。隨著軌道交通技術的發展，國內引進了移動供電技術，并在青島、昆明、武漢、深圳等地的城市軌道交通領域中得以應用，效果良好[4]。

移動供電技術在軌道交通車輛段維護車間的應用主要有2種方式：電纜拖令系統(簡稱“拖令系統”)和滑接輸電裝置(簡稱“滑觸線”)。前者是利用滾輪滑車、軌道和柔性電纜實現移動供電；后者是利用集電小車或集電器的電刷與滑接輸電導體滑動接觸，向移動受電設備提供電能的饋電裝置[5]。目前，國內在軌道交通領域對這2種技術的選擇研究較少，本文基于膠輪路軌自動旅客運輸(APM)系統車輛的供電特點，對這2種移動供電方式的適用性進行研究。

1 APM系統車輛的供電特點

APM系統車輛供電采用側接觸式接觸軌供電方式，配電系統為+375 V和-375 V直流電壓組成的三軌系統配置，如圖1所示。因此，車間不具備供電軌供電牽引的條件，需要設置移動供電系統。相應地，在車體外側地板面高度附近設置了車間電源插座。

圖1 APM車輛側接觸式接觸軌供電方式

與常規地鐵制式的接觸軌授流方式不同，APM列車編組形式靈活，存在單編組運行的可能，其供電模式的轉換要綜合考慮移動供電系統服務范圍、供電軌正負極方向、車輛集電靴間距、車間電源插座位置、供電電纜長度、絕緣過渡軌、列車安全制動距離的布置等因素，進行精細化設計。

2 移動供電方式性能比較

2. 1 拖令系統

拖令系統主要由滑車、軌道、拖令電纜、供電電纜和插頭等組成。拖令電纜懸垂在滑車上，滑車通過滾輪在軌道上行走，將動力電源經匯流箱傳給供電電纜和專用插頭，最終傳輸給車輛，為車輛提供牽引和靜調用電，如圖2所示。

2. 2 滑觸線

滑觸線主要由集電小車、滑接輸電導線及附屬結構單元等組成。集電小車上帶有集電器，通過與導電軌滑接進行取電，將動力電源經供電電纜及專用插頭輸送到列車上，如圖3所示。

2. 3 拖令系統和滑觸線的性能對比

拖令系統和滑觸線這2種移動供電型式針對APM系統的適用性有一定的區別，二者在使用環境、導電方式、操作和維護等方面的綜合性能對比如表1所示。

圖2 拖令系統示意圖

圖3 滑觸線示意圖

表1 拖令系統與滑觸線的綜合性能對比

3 拖令系統和滑觸線的應用案例分析

3. 1 拖令系統的應用案例分析

上海軌道交通浦江線采用固定的4節編組，列車總長約51 m，線路的重修庫布置如圖4所示。車間移動供電布置在重修線的兩側，安裝高度5 m左右，為列車出入庫提供牽引動力。庫內線路長約63 m，股道兩邊設有墻柱。

深圳寶安機場APM線采用了靈活的車輛編組，其土建規模按4節編組預留。檢修庫長65 m，布置如圖5所示。庫內根據工藝需求采用移動供電，安裝高度5 m左右，為列車出入庫提供動力支持。股道兩邊設有墻柱，股道中間設有拖令系統安裝所需的鋼立柱。

圖4 上海軌道交通浦江線車輛段布置圖

圖5 深圳寶安機場APM線車輛段布置圖

浦江線和寶安機場APM線的車輛段檢修線長度均不超過100 m，移動供電系統服務范圍較小，拖令系統相比滑觸線安裝方便、成本較小、操作簡單，因此選用了拖令系統。

3. 2 滑觸線的應用案例分析

香港國際機場APM系統的TRC線(第三跑道擴建線)采用固定的6節編組形式，列車總長76.5 m，車輛段內設有4條檢修線，布置如圖6所示。車間的移動供電系統安裝在車輛段內的吊柱和橫支撐上，安裝高度約3.8 m。檢修線最短122 m，最長204 m，存在彎弧區段。

圖6 香港國際機場TRC線車輛段布置圖

拖令系統因自身的結構特點約束，TRC線庫內檢修線的長度超過100 m，會帶來過多的電纜滑車組合，以及不同組合下的行駛阻力；而滑觸線只有一個集電小車與導電軌滑接，其行駛阻力相比拖令系統較小。同時，TRC線車輛段內移動電源的安裝高度3.8 m，低于表1中建議的5 m，不適合采用拖令系統。因此，TRC線選用了滑觸線作為其移動電源系統，可供其他類似工程參考借鑒。

3. 3 拖令系統和滑觸線的方案對比

針對長度為100 m以上的車輛段檢修庫，本文從工藝操作上對這2種移動供電型式進行對比研究。

3. 3. 1 拖令系統

按通常的設計，拖令系統的行駛阻力主要來自于電纜滑車滾輪與走行軌鋼結構間的摩擦阻力。以100 m為例，為保證懸垂深度和離地高度能滿足相關設計規范，電纜滑車須配備30個左右。

F1=(m1+m2)gμ1

(1)

式中:

F1——摩擦阻力；

m1——滑車總質量；

m2——電纜總質量；

g——重力加速度；

μ1——摩擦系數。

按滑車質量為6 kg/個，電纜質量為2 kg/m，懸垂深度2 m進行計算；滑車滾輪采用鋼輪，不考慮匯流箱等部件的質量，懸垂深度取2 m，μ1取0.15，可計算出理論的摩擦阻力F1約為630 N左右。

3. 3. 2 滑觸線

按常規設計，滑觸線的行駛阻力主要來自于集電小車走形輪與走形軌鋼結構間的摩擦阻力。

F2=mgμ2

(2)

式中：

F2——摩擦阻力；

m——集電小車質量；

g——重力加速度；

μ2——摩擦系數。

集電小車質量按50 kg計算；滾輪采用合成樹脂材質，μ2取0.6～0.8，則理論摩擦阻力F2約為300～400 N。

以上計算基于檢修線100 m的軌道長度，拖令系統小車采用摩擦系數小的鋼輪，滑觸線小車采用摩擦系數較大的合成樹脂膠輪進行對比的。結果表明，拖令系統的行駛阻力遠大于滑觸線的行駛阻力。若軌道長度加大，如香港機場TRC線車輛段的最長股道長達204 m，拖令系統的阻力將隨之增加到近1 300 N，遠大于滑觸線的行駛阻力，這無疑給維修人員的操作帶來極大的困難。

4 移動電源系統相關問題探討

針對不同的使用環境，可基于移動電源系統的使用環境、空間需求、行駛阻力和成本等因素選用合適的型式。在項目執行過程中，可結合具體工程條件，如列車編組形式、設備安裝空間、供電過渡段布置、潮濕有塵的環境等，從安裝位置、軌道設置、電纜長度和插頭保護等方面進行精細化設計。

4. 1 安裝位置

上海軌道交通浦江線APM車輛采用固定編組形式，車輛插座采用車輛兩側間隔布置，第1、第3節車廂的車輛插座布置在一位側，第2、第4節車廂插座布置在二位側，兩側均可接插頭。所以拖令系統布置時，可以根據現場情況，選擇有墻柱的一側安裝拖令系統軌道。

深圳寶安機場APM線的車輛采用靈活編組，車間電源插座均布在同一側，所以拖令系統的安裝要考慮車輛插座的位置。因此，不能借鑒上海軌道交通浦江線拖令系統的布置方案，須在股道中間加裝拖令系統鋼立柱支撐，如圖7所示，以確保拖令系統安裝在APM列車插座一側，從而避免了拖令系統“異”側布置時供電電纜的“跨接”。

圖7 深圳寶安機場APM線拖令系統布置方案

4. 2 移動供電系統軌道設置

拖令系統和滑觸線作為車輛段人工作業區內的移動供電系統，其設備的安裝應盡可能遠離人員的可觸碰范圍，以確保人員作業安全。因而，安裝高度建議在5 m左右。

同時，考慮列車移動時滑車或集電小車的受力方向，軌道應盡可能地靠近列車軌道中心線，與列車之間保持較小的間隔。如果移動供電系統所服務的軌道兩旁設置有移動式架車機，則應考慮車輛在出入庫過程中供電電纜與架車機是否存在干涉的可能。

4. 3 供電電纜長度設置

作為牽引APM列車用的移動供電系統，其供電電纜一般較粗，過長的電纜不僅會造成拖地磨損，過重的電纜也會對人員操作造成一定的影響。因此，供電電纜的長度設計應充分考慮移動供電系統軌道的布置高度，以及與軌道中心的橫向間隔。另外，針對APM系統可單節編組運營的特殊情況，還應考慮過渡軌位置、車輛集電靴間距以及人工駕駛狀態下制動安全距離等因素，以綜合確定其供電電纜的長度。

4. 4 移動供電系統的供電電纜插頭

接車插頭選型應與列車車間電源插座型號相匹配。插頭與供電電纜間的連接可根據具體情況選擇在工廠內壓接或現場壓接。此外，對于潮濕多塵的使用環境，插頭應有防塵防水功能，建議可在移動系統附近設置虛擬插座，以保護插頭。