淺析第三軌安全問題的改善方法

吳 非，胡偉鈞，張中賢，王麗娟

（西南交通大學希望學院，四川 成都 610400）

第三軌供電又叫供電軌供電，其供電載體是一條獨立金屬軌道。該獨立金屬軌道是指安裝在原地鐵、輕軌等城市軌道交通線路旁的獨立鐵軌，其作用是與軌道車輛上的集電靴配合給車輛上的設(shè)備及車輛的運行供電。第三軌相對于接觸網(wǎng)式的供電方式，優(yōu)勢在于對城市景觀影響小、檢修便捷、架設(shè)成本較低。但第三軌的劣勢并非不存在，首先天災(zāi)對帶電軌的影響相對較大，其次是第三軌本身帶電，且安裝在地面，相對較危險、對安檢巡查要求較高，如有不慎可能造成人員觸電傷亡等意外發(fā)生。根據(jù)對乘客意見的調(diào)查結(jié)果分析可知高架電纜有礙觀瞻，相比之下第三軌為乘客帶來的視覺效果更佳。

1 第三軌供電

第三軌是安裝在原有兩軌道路線旁的獨立金屬帶電軌道。行駛的車輛利用集電靴與第三軌相接觸獲得電力，電流經(jīng)車輪和運行軌道途徑回到發(fā)電廠，從而形成一個閉合的回路，以供給列車及其他電器的運行電能。第三軌受流方式歸為三種：上接觸式、下接觸式和側(cè)接觸式。上接觸式是集電靴由向下作用的彈簧的壓力進行調(diào)節(jié)，當集電靴從上壓向第三軌軌頭時，達到第三軌頂部平穩(wěn)受流的目的。其次，下接觸式的軌頭朝下，通過安裝在底座上的絕緣肩架、橡膠墊、扣扳收緊螺栓、支架等，保證集電靴底部平穩(wěn)受流。而側(cè)接觸式的軌頭端面，朝向車輛沿軌道行駛方向，此時集電靴從側(cè)面受流，不論是哪種方式磨損都比較嚴重，需經(jīng)常維護。

2 系統(tǒng)原理

電磁感應(yīng)供電方式是基于電磁感應(yīng)耦合方式的無線或無接觸電能傳輸技術(shù)，其基本的電磁學原理為法拉第電磁感應(yīng)定律，電磁場在空間的耦合是實現(xiàn)能量的無線傳輸本質(zhì)原因。電磁耦合式無線電能傳輸以電磁場為媒介，當安裝在車輛上的集電靴無線供電接受裝置和第三軌無線供電的發(fā)射裝置這兩個單元構(gòu)成的收--發(fā)回路具有相同固有頻率時，大部分能量從發(fā)射回路傳遞到接收回路，從而達到無線電能傳輸?shù)哪康?。電磁耦合諧振無線電能傳輸系統(tǒng)工作原理如圖1所示，發(fā)射回路和接收回路中的感應(yīng)線圈的固有頻率相同，系統(tǒng)工作過程：電源提供高頻交流電，引起發(fā)射回路的感應(yīng)線圈產(chǎn)生變化的磁場，由于收—發(fā)線圈的諧振頻率一樣，接收感應(yīng)線圈立即產(chǎn)生強磁諧振，同時感應(yīng)出交流感應(yīng)電為負載提供電流，從而完成非接觸式無線供電。

圖1

3 綜合應(yīng)用

基于現(xiàn)目前松耦合變壓器和電子器件所實現(xiàn)的非接觸無線電能充電技術(shù)，其通常采用的是將原有的緊耦合變壓器分離成，繞在不同磁芯上的初級感應(yīng)線圈和次級感應(yīng)線圈且相互可分離的松耦合變壓器，從而實現(xiàn)了電能從電源到負載非接觸連接的傳輸方式。通過發(fā)射裝置與接受裝置的電磁耦合，進行能量的傳輸，從而達到給軌道交通供電的目的。如圖2所示，即為高頻電源提供電能，通過發(fā)射天線與接受天線的相互耦合連接，實現(xiàn)電能的傳輸。

圖2

由于第三軌電磁耦合式供電方式能將供電與車輛分離，其本身以磁感應(yīng)方式供能，故該第三軌對外不帶電，沒有外部接觸觸電的危險，安全性能大大提高，因此可應(yīng)用于觸電事故頻發(fā)的老式車站。

4 結(jié)語

第三軌電磁感應(yīng)耦合式供電方式，利用電磁感應(yīng)原理，實現(xiàn)電能在車輛和第三軌之間的無線傳輸。由于傳統(tǒng)第三軌存在觸電安全問題，為盡量避免此種情況發(fā)生，希望文章提出的第三軌電磁耦合供電方式能夠為未來的軌道交通供電系統(tǒng)的發(fā)展提供部分參考。