第三轨供电系统

第三轨供电系统
Third Rail Electrification System
所属分类	城轨供电与受流
常见型号	上触式、下触式、侧触式；低碳钢导电轨、钢铝复合导电轨
执行标准	GB/T 10411《城市轨道交通直流牵引供电系统》、EN 50122-1
适用场景	城市轨道交通地下区段、地面正线、车辆段与出入线等接触轨制式线路
三种受流布置对比示意典型直流牵引供电回路示意

概述

第三轨供电系统是以沿走行轨一侧敷设的带电导电轨（俗称第三轨）向列车供电的受流体制：导电轨经绝缘支座固定于道床，电流由安装在车辆转向架上的集电靴自轨面取入，经牵引负载后由走行轨返回牵引变电所。国内城轨接触轨制式的标称电压为 DC 750 V 与 DC 1500 V 两级（依据 GB/T 10411-2025）。与架空接触网相比，其突出优势是无需车顶受电弓、不受隧道净空制约、无断线坠落隐患；代价是带电体贴近地面与人行环境，人身防护和异物防护要求显著提高，且滑动接触的磨耗管理自成体系。就系统归属而言，它是牵引供电系统在城市轨道交通直流体制下的具体实现之一，也是 metro 分类的核心条目。

与架空接触网的边界

同一座城市中常见两种体制并存：地下区段采用刚性悬挂或接触轨，地面高架区段采用柔性悬挂。凡涉及悬挂于顶部、由受电弓取流的方案，请参阅干线与城轨架空侧条目；本页只讨论轨道旁敷设的低置接触轨。两类体制在过渡区段通过专门设计的刚柔或体制衔接段衔接。

结构与组成

一个完整的接触轨供电回路由下列要素构成：

牵引变电所直流侧：整流机组将城市电网交流降压整流为 DC 750 V 或 DC 1500 V（依据 GB/T 10411），经直流母线与馈线断路器向供电分区送电；
馈线：连接变电所母线与接触轨的电缆或裸导线；
接触轨本体：低置导电轨，含中间接头、膨胀接头与端部弯折段，材料体系见钢铝复合接触轨；
绝缘支座与扣件：将导电轨对地绝缘并保持几何定位；
防护罩：覆盖受流面上方或外露面的防护板，兼防人员误触与落物短路；
回流体系：以走行轨为主要回流通路，辅以均流线、回流线，把牵引电流引回变电所负极。

按集电靴与导电轨的相对位置，受流方式分为上触式（靴板下压轨顶面）、下触式（靴板上托轨底面）与侧触式（靴板侧贴轨侧面）三类，三者的断面形状、防护罩结构与端部弯折方向均随之不同。

工作原理

牵引电流路径为：变电所正极 → 馈线 → 接触轨 → 集电靴 → 车辆牵引负载 → 车体与转向架 → 轮对 → 走行轨 → 回流连接线 → 变电所负极。供电分区可单边供电或双边供电；双边供电时相邻两座变电所同时向同一分区内接触轨馈电，并联降低轨条压降，是提高供电品质的基本手段。

对一个集中负荷作最粗略近似时，轨条上的电压损失可写为：

$\Delta U=I\cdot R\cdot L$

式中 $I$ 为列车取流， $R$ 为单位长度回路电阻， $L$ 为列车至馈电点距离。增大导电轨截面、采用钢铝复合结构、缩短供电臂或双边供电，都是压低 $\Delta U$ 的工程手段。靴轨之间为滑动接触，一旦压力不足或轨面状态恶化即出现离线与拉弧，其微观机理与架空系统的燃弧同源。直流电流经走行轨返回时会向大地泄漏，形成需要专项管理的杂散电流问题，见杂散电流与防护；总体供电制式的选择逻辑另见城轨直流牵引供电制式。

技术参数

参数	典型描述	依据
标称电压	DC 750 V / DC 1500 V	GB/T 10411
回流通路	以走行轨为主，配均流线与回流线	城轨通用设计惯例
单位长度电阻	钢铝复合轨显著低于同规模低碳钢轨（铝电导率约铜的 60%，低碳钢约铜的 10-15%，工程共识）	产品技术条件
允许运行温度	CJ/T 414-2012 规定钢铝复合导电轨工作温度为 −45～+85 ℃；温升试验（环境温度 40 ℃、额定载流持续 4 h）下轨温不应超过 85 ℃；受复合界面与支座材料影响，具体限值随产品以产品技术条件为准	CJ/T 414-2012 表 2
支座间距	国际工程实践典型值约 3.0 m（10 ft），国内标准的结构验证跨距取 5 m（CJ/T 414-2012 挠度试验条件）；实际跨距随曲线半径与结构形式调整，以工程设计文件为准	国际工程实践 / CJ/T 414-2012

常见型号

按受流方位：上触式结构最直观、便于日常检查，但受流面上方需设防护罩并防冰雪杂物堆积；下触式受流面朝下，减少了上方落物直接短路的途径；侧触式压缩了竖向净空占用，断面与靴板配合精度要求更高。
按材料体系：低碳钢整体导电轨历史较久、造价低但电阻大且笨重；钢铝复合轨以铝合金承载导电、不锈钢面承担磨耗，是新建线路的主流选择。
四轨布置：在走行轨之外再设专用回流第四轨，使供电与回流通道彻底分离，见四轨回流制式。

执行标准

GB/T 10411-2025《城市轨道交通直流牵引供电系统》：城轨直流牵引供电系统的总体标准，现行版（2026-05-01 实施，代替 2005 版）；
CJ/T 414-2012《城市轨道交通钢铝复合导电轨技术要求》：接触轨本体的材料、结构型式、接头与温升试验要求（列表外标准，仅列号）；
CJJ/T 198-2013《城市轨道交通接触轨供电系统技术规范》：系统级设计安装与验收要求（列表外标准，仅列号）；
EN 50122-1：铁路固定设施的电气安全与接地防护要求，涉及人身触电防护与导电体外露面的防护原则，见 standards/en-50122-1。
IEC 62486:2017：弓网相互作用的通用技术准则，其中受流质量的方法论对本体制同样有参考价值，见 standards/iec-62486。
干线侧架空固定安装体系的对照标准见 standards/en-50119，注意其适用对象为架空接触网而非低置接触轨。

安装与施工

施工顺序一般为：道床条件确认 → 支座定位放样 → 支座锚固与绝缘安装 → 导电轨吊运对接 → 接头紧固与平顺调整 → 端部弯折段安装 → 防护罩安装 → 送电前试验。
几何基准必须与走行轨建立明确的相对关系，控制轨面高度偏差与横向偏离距，保证全线集电靴贴面角度一致。
中间接头应保证滑面高差极小、电气连续可靠；端部弯折段的坡向与长度按受流方式设计，使靴板柔和上下轨。
涉及走行轨回流与信号轨道电路共用钢轨时，需做好扼流变压器、均流线等接口协调。
全线机械完工后先冷滑检查，再送电热滑验证取流状态，参见冷滑试验。

验收要求

几何项：导高与偏离距逐点复核达标，接头处无明显台阶，端部弯折坡面平顺；
电气项：支座绝缘电阻测试合格；中间接头做直流（过渡）电阻抽测，指标可参照 CJ/T 414-2012（20 ℃ 时普通接头过渡电阻不大于 8.14/6.6/6.5 μΩ/m，对应 3000/4000/4500 A 型）并满足接头载流量不低于母轨 1.1 倍的要求（具体判据口径以设计文件与企业标准为准），馈线接线正确；
机械项：防护罩安装齐全、搭接符合设计，紧固件到位无遗漏；
试验项：送电前完成规定的绝缘与耐压程序，热滑观察取流平稳、无明显火花集中点。

运维与检测

天窗作业为主：检修窗口集中在夜间停运时段，作业组织要求高，见天窗修；
例行项目：轨面光带与磨耗目视、接头红外测温、绝缘支座清洁、防护罩完整性巡视、伸缩区段状态确认；
季节性重点：雨雪冰冻季节加强清扫除冰，防止积冰桥接导致接地短路或取流恶化；
数据化管理：把红外温升、磨耗趋势纳入状态修决策流程，参考状态修；便携化检测装备的应用思路见便携检测装备。

常见故障与案例

异物入侵：施工遗留工具或金属杂物跨接接触轨与接地体，引发馈线跳闸，属于本体制最高频的突发故障类型之一；
绝缘劣化：支座绝缘表面积污受潮后泄漏电流增大，严重时发展为对地闪络烧损；
端部弯折缺陷：坡面不顺导致靴板冲击上下轨，加速局部磨耗并伴随明显打火。CJ/T 414-2012 要求端部弯头坡度与列车速度匹配（低速弯头宜 1:30，适用 ≤35 km/h；高速弯头宜 1:50）；弯折段安装偏差引发的靴板啃边需复测坡面平顺度并处理（站内所引个案属内部处置记录，仅作类型化归纳）；
接头过热：紧固松弛或接触面氧化使接头电阻增大，运行温升偏高，可通过红外普查早期发现。

上述模式的共同特征是缺陷从量变到质变的周期较短，因此巡检频次与收口效率比干线更为敏感，相关组织安排见城轨接触网运维特点。