1） 接触轨的发展简介
接触轨是将电能传输到地铁和城市轨道交通系统电力牵引车辆上的装置。它是一种古老的电力牵引车辆供电形式，早在1891年就有接触轨雏形的产生。二十世纪前半个世纪一直只使用钢接触轨，二十世纪中期以后对钢接触轨的材质进行了改进，形成所谓的“铁接触轨”实际上是进行了材质变化，降低了杂质，加入了提高导电性的元素，单位电阻得到了降低。我国北京地铁一号线、北京地铁2号线工程、北京地铁复八线工程等所用的接触轨就属于这类。随着地铁和城轨交通事业的发展，面对接触轨大电流，轻型化的要求，70年代末出现了一种新型的接触轨－钢铝复合接触轨，德国在1978年建成了世界上第一段钢铝复合轨，运行长度3.3公里。1996年后，美国、日本、意大利、马来西亚、泰国等国家都开始应用，至今世界上已建成钢铝复合接触轨运营线路1000多公里，遍布欧洲、美洲、大洋洲、亚洲。钢铝复合接触轨以传输电流大，重量轻，安装方便而得到广泛应用，近几年我国地铁或城铁采用钢铝复合轨投入运行的的有武汉地铁一期，天津地铁一期。特别是广州地铁4号线是国内第一个采用1500V直流供电系统供电的钢铝复合轨，而该钢铝复合轨是由广州地铁总公司与宝鸡器材厂联合开发的，从2005年12月28日开通以来一直运营良好，2007年4月27日钢铝复合接触轨及附件已通过陕西省科技厅组织的科技成果鉴定。
2）接触轨系统组成
接触轨系统主要由钢铝复合轨(包括铝轨本体和不锈钢带)、膨胀接头、端部弯头等相关部件及绝缘支撑装置组成，为电力机车组提供电能。电力的输送是通过电客车集电靴与复合轨的接触来实现的。
复合轨由高导电性的铝和一层耐磨的不锈钢带机械复合而成的，其安装在绝缘支架上与木枕、混凝土轨枕或者其它基座相连。
3）接触轨的安装方式
接触轨通过集电靴将电能传输给车辆。根据集电靴从接触轨的取流方式不同，接触轨的安装方式可分为：上接触、下接触、侧接触三种方式。
法国、美国、英国一直采用易于安装的上接触设计。我国的北京地铁一号线、北京地铁2号线工程、北京地铁复八线工程等接触轨也属于上接触方式。而德国、俄罗斯、奥地利和欧洲其他国家主要采用下接触方式。我国投入运营的武汉地铁一期、广州地铁4号线也属于下接触方式，深圳市轨道交通二期龙岗线钢铝复合轨安装方式也属于下接触。侧接触方式由于安装精度要求高，用的较少，只在四轨系统有应用。
龙岗线接触轨采用下部授流接触轨，与其他两种接触方式相比下部授流接触轨防护罩对带电接触轨的防护性能好，带电接触轨不容易被无章识地触碰到，能确保人身安全，另外，下部授流方式的遮挡雨雪条件也优于上部授流方式，能确保牵引网系统的安全可靠运行。
1.1.2 主要技术参数 标称电压 DC1500V 最高电压 DC1800V 最低电压 DC1000V 接触轨最大持续载流量 3000A 接触轨最大温升 45℃ 接触轨带电部分与结构体、车体的最小净距 静态为150mm，动态为100mm 1.1.3 接触轨结构断面及其参数表 名称 钢铝复合接触轨 接触轨的断面结构 轨高(mm) 105 轨底宽(mm) 80 接触面宽(mm) 65 总宽(mm) 92 重量(kg/m) 14.58 标准长度(m) 15 20℃时的单位电阻(Ω/km) ≤0.0083 接触轨持续电流 ≥3000 A 60秒钟的峰值电流 ≥10000 A 3秒钟动稳态电流 ≥60000 A
1.1.3 钢铝复合轨及5种附件简介
1）钢铝复合接触轨
钢铝复合接触轨由轻质的导电铝轨本体和非常耐磨的不锈钢接触面构成。轨身由高强度耐腐蚀铝合金（6101-T6）挤压而成。接触面是连续的6mm厚的不锈钢带。不锈钢带同导电铝轨机械复合，以确保它们之间的金属结合，从而保证铝和不锈钢带间的较小的接触电阻。20℃时，复合轨的直流电阻不超过8.5毫欧/米。复合轨供货长度为15米，每根3000A接触轨的重量约为218kg，长度为15m。
在标准正线接触轨是按照标定距离3～5米置于绝缘支架装置之上的（托架定位的允许公差±10毫米）。注：在特殊地段，如车站处、转折处、弯道处、坡道处或膨胀接头处，绝缘支架装置之间的距离应不小于3m。如图1所示。
图1 接触轨安装到位示意图2） 普通接头（鱼尾板）
普通接头适用于固定连接相邻接触轨并传导电流。复合轨的连接孔和鱼尾板都有最小的公差，这样在相互配合时可以保证只有很小的或者几乎没有任何相互移动。接触轨接缝部位要求安装平齐，保证覆不锈刚带一侧安装平齐，不允许有高低不平，或扭转现象，安装精度为0.5mm。安装效果如图2所示：
图2 安装效果图
3） 膨胀接头
膨胀接头的设计使得其可以适应因环境温度变化引起的热胀冷缩、电流引起的温升、日照和复合轨的移动。膨胀接头组件要求与相邻行车轨之间接触面对齐，保证列车受电靴的平滑通过。
膨胀接头长1975 mm，在直线段，膨胀接头应尽量安装在两个支架装置的中心部位，最少膨胀接头的每一端距支架装置的距离不小于400mm。弯道段中设置膨胀接头，则会使绝缘支架及膨胀接头受到很大的张力。膨胀接头的滑动块会因为这一额外张力而加速磨损，绝缘支架也会很快磨损。所以一般不在弯道处设置膨胀接头。在特殊情况下，也会出现半径小于300m的弯道必须设置膨胀接头的情况，此时膨胀接头依然能起到作用，可是会使膨胀接头张开及闭合的张力转移作用于绝缘支架上。鉴于锚固之间的距离，这一点应引起重视。图12 膨胀接头的实际安装效果图
4） 电连接用中间接头
电连接用中间接头除了连接两根独立的钢铝复合轨外还用于将外部电流引入到接触轨，安装效果如下图。每个中间接头可以连接8～12根240mm2的导线。导线必须留有足够余量，避免向复合轨施加额外的力，从而阻碍复合轨在纵向的移动。
图13 电连接用中间接头安装效果5） 端部弯头
端部弯头按照正线和车场线分为两种，正线弯头长度为5.2m，端部弯头两端的高度差126mm；车场线弯头长度为3.4m，端部弯头两端的高度差129mm，端部弯头同接触轨之间采用普通接头连接。其作用是为了保证列车在额定速度运行时，受电靴能够平滑的接触和脱离复合轨。
图14 端部弯头实际安装效果
6） 普通防爬器
接触轨普通防爬器是用于防止接触轨长轨向两侧不均匀窜动的固定连接件，安装在长轨的中部。一套普通防爬器由一对铝制防爬器本体、两根螺栓、两个平垫、两个弹垫、两个螺母组成。通常在一个安装位置安装两套普通防爬器，分别位于绝缘支撑的两侧，安装效果如下图14所示：7） 锚结用防爬器
接触轨锚结用防爬器是用于防止接触轨长轨向两侧部均匀窜动的固定连接件，安装在曲线部位绝缘支架的两侧，下锚固定，安装效果如下图17所示。
1.1.4 故障处理
本节对接触轨系统的一般故障，给出了可能的解决办法。
1） 接触轨 故障 可能的原因 处理方法 过热
注意：如果发生过热，周围的部件很可能因其燃烧和电弧而造成损坏。视损坏情况进行进一步的维修。 普通接头连接松动 松开普通接头，用金属刷清扫接触面。
彻底检查有电弧损伤的部件，如果没有异常，用金属刷清理接触面的毛刺并涂上一层导电油脂。重新安装普通接头并注意垫片的顺序。
螺栓紧固力矩70 Nm。 过载 检查电气负荷。根据系统参数调整。 电连接中间接头松动 拆开电连接中间接头，重新清理接触面，涂导电油脂，然后安装说明重新安装。 接触轨不锈钢接触面的不均匀磨损 受电靴与接触轨未对准 参照走行轨检查接触轨的接触面。接触轨的中心与最近的走行轨的内侧的水平距离应为726.5±5mm，垂直距离为200±5mm。调整相关的支架。如果接触轨和受电靴的角度不同，将会导致有效接触面减小，局部发生过热现象，并可能产生严重的电磨损。
检查支架表面。如果损坏就更换。 检查支架的紧固件是否松动。按照供货商的规范重新调整和紧固螺栓 在轨间连接处产生微小的弯曲 普通接头紧固件松动 重新调整：拆开普通接头，清理干净，在接触面涂导电油脂。 用70 Nm的力矩紧固螺栓、螺帽。 2）普通接头和电连接用中间接头 故障 可能的原因 处理方法 过热 轨间的普通接头板松动 检查螺栓、螺帽、垫圈 拆开普通接头，用金属刷清理配合面。 在普通接头和轨的配合面涂导电油脂。
安装普通接头和螺栓。使用防卡死润滑剂防止不锈钢螺栓卡死。
确保螺栓的紧固力矩为70Nm。 3） 膨胀接头 故障 可能的原因 处理方法 过热 轨间连接松动 重新调整普通接头 电连接板接触不良 松开U螺栓。调整电连接板主副板位置。 过载 检查负载情况。根据设计要求调整。 不锈钢带磨损不均匀 接触轨和受电靴对正不好 参考走行轨检查膨胀接头的接触面。膨胀接头中心与最近的走行轨的内侧的水平距离，接触面间的垂直距离应符合设计要求。如果轨和受电靴的接触面不平，将会减小有效接触面，产生过热，进而可能产生严重的电磨损。 检查支架的紧固件是否松动 在轨间的连接处产生微小的弯曲 轨间的连接松动 重新调整普通接头。
使用金属刷清理配合面，并重涂导电油脂。 4） 端部弯头 故障 可能的原因 处理方法 接触轨过度弯曲 振动 检查绝缘支架底座固定螺钉，用正确的力矩紧固。 检查支架的紧固螺栓，用正确的力矩紧固螺栓 连接电缆松动 清理接触面，重涂导电油脂，重新按照正确的力矩紧固螺栓。
城市轨道交通车辆的特点
北京地铁运营40年来一直采用D C 750V 接触轨(三轨) 供电制式, 没有因接触轨事故而影响行车或引发人身伤亡。北京地铁接触轨供电系统安全防护的有效措施主要有:确定安全可靠的牵引供电主接线方式, 制定进出地铁区间的安全管理办法, 在涉及接触轨系统的作业时先将走行轨和接触轨短封。阐述北京地铁在接触轨及牵引供电系统安全防护方面的日常管理措施。
750V 接触轨的供电方式, 该方式结构简单, 维护量极少, 可靠性非常高。北京地铁1、2、13、八通线接触轨材质采用的是低碳钢, 而现在北京地铁已运营的几条新线(包括各个城市新开通的轨道交通) , 其接触轨采用的都是钢铝复合材料。虽然接触轨的材质不同, 但是从维修管理方面没有本质的区别, 所以在专业上和材质上的转换对专业管理没有实质上的影响。北京地铁40年的运营实践表明, 非供电专业可以对接触轨进行安全、有效的管理。
3 牵引供电系统的安全防护
1 北京地铁的供电制式
北京地铁1号线自1965年开工建设, 到1970年投入运营, 40年来一直采用D C 750V 接触轨供电的方式。
在我国城市轨道交通的供电制式中, 电压制式有D C 750V 和D C 1500V 两种, 大部分城市选择D C 1500V , 但北京地铁基于几十年的运营经验和形成的固有管理模式, 目前9条运营线路选择D C 750V 。近年来, 北京市有关委、办、局召开过几次关于确定北京市轨道交通供电制式的研讨会, 初步确定了选择电压制式的原则, 即大编组7节车及以上编组采用D C 1500V 电压, 6节车及以下编组仍选用D C 750V 标准电压。
3. 1 牵引供电系统安全防护的特点
北京地铁牵引供电系统安全防护的有效措施是:主接线方式采取总闸为断路器的方式(其他城市总闸为隔离开关方式) , 在牵引机组与总闸之间增设正母线刀闸(总闸与正母线刀闸之间设联锁) 。采用接触轨的供电方式, 早送电、晚停电是必须的。若接触轨在停运后带电, 所有区间工作是不安全的, 所以北京地铁运营40年来一直采用早送电, 晚停电的运行模式。
城市轨道交通列车车型是指城市轨道交通(主要为地铁及轻轨)所使用大运量的列车车辆的类型。一般而言，世界各地轨道交通车型没有统一的标准，往往是取决于各地客流量与建设传统，依据标准定制。
中国大陆的大运量城市轨道交通主要分为使用A型、B型、As型、Ah型和Lb型车辆的地铁，使用C型和LC型车辆的轻轨，亦有行业内普遍达成共识的市域A型、市域B型、市域C型(按《市域(郊)铁路设计规范》CRH6属于市域C型车辆)、市域D型的市域铁路车辆。
城市轨道交通列车车型是指城市轨道交通(主要为地铁及轻轨)所使用大运量的列车车辆的类型。一般而言，世界各地轨道交通车型没有统一的标准，往往是取决于各地客流量与建设传统，依据标准定制。
中国大陆的大运量城市轨道交通主要分为使用A型、B型、As型、Ah型和Lb型车辆的地铁，使用C型和LC型车辆的轻轨，亦有行业内普遍达成共识的市域A型、市域B型、市域C型(按《市域(郊)铁路设计规范》CRH6属于市域C型车辆)、市域D型的市域铁路车辆。
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