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城市轨道车辆供电制式的分析研究
随着中国经济的快速发展，特别是汽车拥有量的急剧增长，城市交通问题成为各个大型城市迫切必需要解决的重要问题之一。而以城市轨道交通和道路公交为主的城市公共交通就成为解决城市交通拥堵的主要手段之一。
目前，我国的城轨系统供电制式包括DC750V接触轨供电、DC1500V接触网供电和DC1500V接触轨供电等3种方式。接触网现有柔性接触网(一般在隧道外)和刚性接触网(一般在隧道内)2种。接触轨与受电靴(也称集电靴、受流器)的受流接触有上接触、下接触和侧接触3种。本文仅就接触轨(也称第三轨，以下均称接触轨)和接触网两种供电方式涉及的假设干问题提出自己的观点。
1国内外现状
由于早期的功率半导体技术的局限性，早期地铁系统的牵引供电一般采纳DC750V或以下等级。
随着功率半导体技术的发展和成熟，城轨系统的供电电压由DC750V等级提升为DC1500V或更高等级。而接触网技术也不断发展和成熟，国际上的城轨系统采纳DC1500V电压等级的均为接触网供电方式。
我国在运营线路和在建线路基本上是DC1500V接触网供电方式。
2从运营、应急救援和养护修理看两者的安全问题
接触网安装在线路顶部，正常状况下人员无法直接接触，对乘客、修理人员和其他相关人员来说安全性高；尤其从人员跌落、紧急状况下和列车救援时的乘客疏散、车辆段的修理人员往来通过线路的紧急修理和常规维护保养、暴雨洪灾、积雪积冰等方面来看，接触网的安全性和安全等级均高于接触轨。从理论上、技术上看，接触轨供电方式是可以解决安全问题的，但是为了确保安全的实现，所付出的设备投人和维护代价远远大于接触网系统。
在接触轨供电方式下，线路上的任何正常维护和紧急修理作业均必必需申请停电进行，维护修理完成后必必需通过登记、注销等确认机制才能重新供电。这种机制导致有效维护时间降低，维护修理效率相对较低。
在车辆段、修理基地等人员出人频繁的区域，为了确保人员安全和恶劣气象环境的供电安全，要么采纳复杂的防护措施(其地面防护设备和措施的代价非常高)，要么采纳接触网供电技术。我国广州45号线采纳DC1500V接触轨与接触网联合供电方式，在车辆段仍然采纳接触网供电，这就造成了浪费和维护成本提升。特别是在车辆段，人员高度密集，接触轨也是密集布置，风险非常大。
3从中国气象环境看接触轨与接触网供电
目前，接触网技术非常成熟，无论在多台风地区、多雷暴雨地区、大雪地区以及其它各类特别气象环境地区，接触网均运行安全。而接触轨与地面距离非常小，对1500V供电接触线的安全距离与安全防护要求很高，当暴雨倾泻、地面积水甚至洪灾时，容易发生漏电甚至短路，导致安全事故和由于供电终止导致的列车停运。另外，由于集电靴碳刷运行产生的碳粉与金属粉尘粘附，容易导致接触轨的安全等级下降。
4从国内外建设和运营经验以及国际标准看接触轨供电
世界城市轨道交通中，凡采纳接触轨供电方式的都是DC600V,750V,825V，唯一例外的"高压'就是建于1972年的旧金山海湾区的快速有轨交通(非地铁系统，DC1000V)和德国汉堡S一Bahn(DC1000V,1940年建成)。我国北京地铁有几十年应用DC750V接触轨供电的经验，已多次发生过触电事故。如今供电电压提升到DC1500V时采纳接触网供电。有些国家(如日本、英国)还明文规定，供电电压为DC1500V时不得采纳接触轨。
依据IEC相关标准，DC1500V是直流高、低压的分界线，在相关制定文件中凡是标注标称电压AC1000V或DC1500V的条款均明确指出"架空网接触系统'的字句，其安全"防护距离'明确规定不适用接触轨系统(IEC62128-1(铁路应用一固定设施一第一部分:与电气安全和接地有关的保护规定》)。
特别要提出的是，1500V接触轨供电方式并不引领世界新潮流。
5从能耗、全寿命成本看接触轨供电
从供电所损耗、列车控制技术(策略)、制动再生反馈以及线路状况看，接触网和接触轨两种方式的能耗一致。而接触轨供电方式必需要在每个转向架安装受流器(集电靴、受电靴)，每个受流器质量为35kg，安装底板和附件为10kg,每列车(按6节编组计算)增加质量540kg，高压母线质量大于200kg；而2个受电弓总重260kg，因此接触轨方式列车增加的质量是480kg。由此引起的启动能耗与运行能耗增加量与接触网线路阻抗引起的能耗增加量大致相当。
接触轨的建设成本要大于接触网的建设成本，尤其是车辆段的建设成本要远远大于接触网方式。采纳接触轨供电，则一列车的受流器造价是60万元，受电弓的造价是15万元。而受电靴的故障率与磨耗远高于受电弓，并且每次漩轮后必必需调整受电靴，因此受电靴的故障率和维护成本远远大于受电弓。
在接触轨供电方式下，如果车辆段也是采纳接触轨方式，则为了确保安全，所投人的安全设备投资很大，且确保与维护难度及工作量也很大，维护修理效率显然降低。如果车辆段采纳接触网方式，则列车上必必需同时具备两种受电设备，其制造成本和维护成本显然增加。
6从建设、景观和管理看接触轨供电
如果一个城市的既有地铁线路主要采纳DC1500V接触网供电方式，则后续线路最好也是采纳接触网供电方式，以有利于互联互通、备品备件，以及检修、管理体系共享。否则，必必需重新建立另外一整套的管理、维护修理、安全、备品备件、相关工种等体系，对互联互通、资源共享、标准化都十分不利。
城市轨道交通系统在市区的线路，一般是采纳地下方式，并不存在城市景观问题。而在郊区的线路，显然景观并不是选择供电方式的主要理由。部分旅游城市地铁供电制式是否影响景观，是一个仁者见仁智者见智的问题。安全与景观两者孰重孰轻非常显然。
7结语
综合合计建设投资、日常维护、运行、受流器维护、车辆制造成本与维护成本、运行能耗等全部因素，接触网与接触轨两种供电制式的比较如下:两者的全寿命成本基本相当；两者的杂散电流基本相当；接触轨方式由于摩擦产生的金属粉尘污染显然大于接触网方式；由于接触轨受流方式必需要集电靴与导电轨的平面接触，工程以及运行维护中根本无法确保，所产生的接触电弧和离线电弧显然大于接触网。
关于DC1500V电压等级采纳接触轨方式，从理论分析角度看，触电与短路风险无法消除，而为了降低这种风险所付出的成本将是昂贵的。中国人一直有一句话"人命关天'，人的生命大于天。一条线路要在几十年的运行中确保生命安全，必需要付出庞大的代价。
DC1500V电压等级采纳接触轨方式，既不是引领世界新潮流，也没有成熟经验可以借鉴；更没有国际标准和国家标准支持；而且大于80km/h速度运行时，有许多技术问题存在不确定性风险。故DC1500V电压等级采纳接触轨方式是是不妥当的