目錄

  1.   前言

  2.   第三軌供電特征

  3.   接觸網供電特征

  4.   第三軌與接觸網供電對比

  5.   地鐵供電的歷史發(fā)展

  6.   第三軌上部受流與下部受流

  7.   上海地鐵的接觸網受電

  8.   北京地鐵接觸網供電的先驅

  9.   地鐵供電改造的可能性

  10.   不同供電類型列車駕駛員的共通性

  11.   擁有雙供電模式的地鐵站供電特色

  12.   北京地鐵氫能源列車技術展望

  13.   結語

前言

北京地下，兩條鋼鐵巨龍日夜穿梭。在我們熟悉的列車軌道旁和頭頂上方，隱藏著城市軌道交通的"血脈"——供電系統(tǒng)。北京地鐵的供電方式主要有兩種：一種是沿軌道鋪設的橙色"第三軌"，另一種是高懸于隧道頂部的銀色"接觸網"。這兩種看似截然不同的供電技術，共同構成了北京軌道交通的動力保障系統(tǒng)，它們在電壓等級、安全性能和適用場景上有著鮮明的差異，見證著北京地鐵從1969年至今的技術演進歷程。

第三軌供電特征

第三軌供電是北京地鐵另一項廣泛使用的技術，在北京地鐵1號線、2號線、5號線等許多早期線路上都能見到。這種方式的特點是在列車行走的兩條鋼軌旁邊，平行鋪設了第三根額外的導電軌。這根導電軌通常位于列車前進方向的左側，外面會包裹一個玻璃鋼材質的絕緣防護罩，顏色多為橙色或灰色，起到保護和警示作用。列車通過車底伸出的一個叫集電靴的裝置與第三軌的上表面或下表面接觸，從而獲取750伏的直流電。第三軌及其防護罩緊貼地面安裝，相對容易觸及。

第三軌供電模式

（注意圖片右側保護罩下的第三軌）

圖片來源：【文化之窗】太平湖乘務中心 | 時光見證初心 歲月鐫刻奉獻

接觸網供電特征

接觸網供電系統(tǒng)主要通過架設在軌道上方的電纜和剛性匯流排為列車輸送電能。在北京地鐵中，這種系統(tǒng)主要應用于較新的線路，例如6號線。其顯著的外觀特征是，在隧道的頂部或高架線路的上方，可以看到一條銀白色的剛性鋁合金匯流排或一組架空電纜。列車車頂則豎立著一個稱為受電弓的“小辮子”，通過它與上方的電網接觸滑行來獲取1500伏的高壓直流電。

高架接觸網供電模式

圖片來源：安全生產月活動專輯——6號線站區(qū)篇

第三軌與接觸網供電對比

早期北京地鐵采用第三軌供電方式的主要優(yōu)勢在于建設和維護成本相對較低，因為不需要在隧道頂部或沿線架設大量的支撐結構。同時，第三軌完全位于車輛輪廓之內，不會對城市景觀造成影響，這對于注重城市風貌的區(qū)域是一個重要優(yōu)點。此外，在隧道等凈空受限的工程環(huán)境中（例如北京地鐵7號線北京西站），第三軌對土建工程的要求更低。

然而，第三軌的缺點也十分突出。最大的挑戰(zhàn)是安全性問題，由于帶電軌距離地面較近，存在人員誤觸的風險，因此必須用于全封閉的線路，并需加裝絕緣防護罩等安全設施，并且不能與其他交通系統(tǒng)平面相交。

圖片來源：【文化之窗】太平湖乘務中心 | 時光見證初心 歲月鐫刻奉獻

在性能上，受限于集電靴與接觸軌的接觸穩(wěn)定性，采用第三軌供電的列車速度通常較低，例如北京地鐵早期線路的時速上限約為90公里。供電電壓相對較低，也意味著為了減少線路損耗，需要更密集地設置牽引變電所。在道岔等需要斷開的區(qū)域，供電連續(xù)性會面臨考驗，且在雨雪天氣下，軌道表面可能因積雪或結冰而影響受流質量。

接觸網供電相比于第三軌供電，更便于地鐵線路與市郊鐵路、城際鐵路等其他軌道交通系統(tǒng)進行互聯(lián)互通或跨線運行。采用接觸網供電后，維護人員可以在列車不停運的時段（利用行車間隙）進入隧道，對位于頂部的接觸網設備進行目視檢查，提高了維護工作的靈活性和效率。

圖片來源：一線報道 | 凝心聚力鼓足干勁 平凡之路再創(chuàng)輝煌

接觸網供電方式最顯著的優(yōu)點是安全性更高，因為高壓部分位于人員難以觸及的空中，軌道區(qū)域沒有觸電風險，這對于開放式線路或突發(fā)情況下的應急處置更為有利。更高的電壓意味著在輸送相同功率時電流更小，線路損耗也更低，這使得牽引變電所的布設間隔可以顯著增大，從而減少所需變電所數(shù)量，降低了建設和運營成本。同時，更高的電壓也為列車提供更大的牽引功率，以滿足更長編組（如8節(jié)編組）、更高時速（如100公里/小時）列車的動力需求。

接觸網供電的不足主要體現(xiàn)在對城市景觀的影響上，高架線路上的電纜網可能會讓部分人覺得有礙觀瞻。此外，在地下隧道中，架設接觸網需要更大的凈空，這可能會增加土建工程的初期投資。

地鐵供電的歷史發(fā)展

第三軌供電技術的雛形由德國的西門子公司早在1879年的柏林博覽會上首次公開展示。這一技術方案很快被實際工程采納，世界上一些最早期的電氣化地鐵線路，如1890年開通的倫敦地鐵，在投入運營時便選擇了第三軌作為供電系統(tǒng)。此后，1904年開通的紐約地鐵以及1935年開通的莫斯科地鐵，也均采用了低電壓的直流第三軌供電方式。這些早期重要地鐵項目的應用，奠定了第三軌供電技術在早期地鐵發(fā)展中的主導地位。

柏林 S-Bahn 圖片來源：sbahn.berlin

相比之下，雖然架空接觸網技術在鐵路干線電氣化中早有應用，但在地鐵領域，特別是作為直流高電壓供電方案，其規(guī)模應用要晚一些。一個標志性的事件是1955年開通的羅馬地鐵，它率先采用了直流1500V的架空接觸網供電。

第三軌供電在早期能夠成為更成熟和普遍的選擇，主要源于其在特定歷史時期的技術與經濟優(yōu)勢。一方面，采用第三軌供電系統(tǒng)所需的隧道凈空高度較低，這在以地下線路為主的地鐵建設中，意味著可以減少土方開挖量，有效降低土建工程成本。另一方面，在當時的技術條件下，第三軌系統(tǒng)的結構相對簡單，其維護工作也更為簡便。

盡管第三軌供電應用更早，但兩種技術始終在并行發(fā)展。隨著技術進步和城市對軌道交通運量、速度要求的提升，供電制式的選擇變得更加多元化。前文也提到了接觸網供電的優(yōu)勢，供電方式的改變是工程綜合考量后的選擇。

第三軌上部受流與下部受流

北京地鐵首都機場線采用的第三軌下部受流方式，與10號線、13號線等線路采用的第三軌上部受流方式，是地鐵列車從軌道旁獲取電能的兩種不同技術方案。它們共同構成了北京地鐵網絡供電體系的重要部分，但在具體實現(xiàn)、性能側重上存在差異。

上部受流：這是北京地鐵10號線、13號線等多數(shù)線路采用的方式。其特點是第三軌的軌頭朝上安裝，集電靴從上方壓緊第三軌的頂面來受取電流。這種方式因其接觸面積大、磨損小，且施工和維護都相對簡單經濟，在早期線路中應用廣泛。

圖片來源：探究地鐵之謎——夜幕下的北京地鐵

下部受流：這是首都機場線采用的方式。其特點是第三軌的軌面朝下安裝，集電靴通過與第三軌的下底面接觸來獲取電流。這種方式的一個顯著優(yōu)點是防護罩可以從上方固定，將導電軌包裹起來，安全性能更好，并能有效減少灰塵、雜物覆蓋接觸面，對于雨雪天氣的適應性也更強。

結構與安全防護：下部受流方式通過防護罩提供了更好的物理隔離，安全性更高，也能有效抵御雨雪灰塵的干擾。而上部受流的結構相對簡單敞開。

性能與成本：上部受流方式在建設安裝和維護方面通常更具成本效益。而下部受流雖然安裝結構相對復雜，費用也可能更高，但其在受流穩(wěn)定性和環(huán)境適應性方面的表現(xiàn)更優(yōu)。

線路適用性：上部受流方式通常適用于時速不超過100公里的線路。首都機場線作為連接市區(qū)和機場的快速線路，對運行的穩(wěn)定性和可靠性有更高要求，下部受流方式能更好地滿足其需求。

上海地鐵的接觸網受電

北京地鐵建設起步更早（北京地鐵1號線于1969年開通運營），其初期線路第三軌供電技術較為成熟、且在當前被認為更安全，設計與建設成本選擇更優(yōu)。一旦技術路徑被早期線路鎖定，后續(xù)在同一網絡內延伸的線路，為了兼容既有的車輛和維護體系，往往會優(yōu)先延續(xù)這一技術標準 。

相比之下，上海地鐵的建設始于上世紀90年代（1993年開通運營），此時接觸網技術已經有了更廣泛的應用和實踐。雖然上海早期線路（如1號線、2號線）也主要采用了第三軌供電，但其技術選擇的“歷史包袱”相對北京而言要輕一些。更重要的是，隨著上海地鐵網絡的飛速擴張，特別是需要開行更長編組、更高功率列車的大運量線路以及部分地面和高架線路的建設，接觸網在供電穩(wěn)定性、承載更高電壓/電流能力方面的優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)。

進入21世紀后，隨著城市擴張，上海建設了多條連接遠郊區(qū)的市域快線。這類線路的特點是站間距大、設計時速高。對于高速運行的列車，接觸網供電是更可靠的選擇，減少因高速集電不暢可能引發(fā)的斷電風險。因此，在上海后續(xù)規(guī)劃建設的這些市域快線上，接觸網成為了更自然的技術選擇。

地質條件和運營維護成本可能也是影響技術選擇的重要因素。上海地處軟土地層，地下水位高，隧道工程的成本和難度較大。接觸網系統(tǒng)對隧道凈空要求相對較高，但在軟土隧道中，適當?shù)臄嗝嬖龃髮偝杀镜挠绊懣赡懿蝗缭趲r石地層中那么顯著。此外，從長期運營維護角度看，接觸網部件更易于從空中進行檢查和維修，而第三軌的維護通常需要更多的線路封鎖時間。隨著運營方對維護效率要求的提高，接觸網的這一優(yōu)勢可能也被納入考量。

上海地鐵在接觸網供電和大運量長站距線路方面的實踐也為北京提供了明確的學習方向。北京地鐵的后續(xù)發(fā)展，關鍵在于超越單一模式的束縛，以更加靈活和務實的態(tài)度，根據不同線路的功能定位、客流預測、速度要求及沿線環(huán)境，進行全生命周期的綜合技術經濟比選。

北京地鐵接觸網供電的先驅

北京地鐵第一條使用接觸網供電的線路是6號線，它于2012年12月30日正式開通運營。這條線路對于北京地鐵的意義在于，它直接使用1500V架空接觸網供電，其選擇是基于線路的更高定位和需求。

作為一條貫穿中心城區(qū)的“大站快線”，它采用8節(jié)編組列車，最高運行時速達100公里，這對牽引功率提出了更高要求。6號線開通初期，其先進的供電技術已備受關注。為確保接觸網系統(tǒng)的安全運行，北京地鐵還誕生了專業(yè)的“接觸網工”隊伍。他們通常在地鐵停運后的深夜進行高空作業(yè)，對精細至2厘米寬的接觸線進行檢修維護，被形象地稱為保障地鐵安全運行的“蜘蛛俠”。

一個值得提及的插曲是，據網絡信息顯示，原本規(guī)劃的北京地鐵7號線也曾有望成為首條接觸網線路，但因在北京西站等關鍵節(jié)點地下空間預留不足，最終未能實現(xiàn)，這一遺憾也從側面印證了新技術應用需要前瞻性的規(guī)劃和工程條件的配合。

地鐵供電改造的可能性

關于北京地鐵未來是否會將其第三軌供電線路逐步改造為接觸網供電，目前雖然沒有官方發(fā)布的明確時間表，但從技術發(fā)展趨勢和北京地鐵新線的建設情況來看，這確實是一個明確的方向。不過，對于既有線路的改造，則會是一個慎重且長期的過程。

盡管接觸網有諸多優(yōu)勢，但將現(xiàn)有的第三軌線路大規(guī)模改造并非易事，主要挑戰(zhàn)在于：

改造涉及隧道限界、土建結構、供電系統(tǒng)、信號系統(tǒng)乃至車輛本身的全面升級。特別是對于早期修建的隧道，其凈空高度可能并未為接觸網預留足夠空間，改造難度和成本會非常高昂。

對運營的干擾：線路改造很可能需要在長時間的夜間停運期內分段進行，這會對現(xiàn)有的地鐵運營網絡造成影響，給市民出行帶來不便。

實際效益評估：對于部分客流相對穩(wěn)定、對提升運力需求并不迫切的既有線路，進行大規(guī)模改造的投入產出比需要審慎評估。

綜合來看，北京地鐵的供電方式正在向接觸網技術演進，新建線路已明確傾向于采用接觸網系統(tǒng)。但對于龐大的既有第三軌網絡，全面的改造將是一個漸進式、個案評估的過程。很可能采取的策略是，在舊線路進行大規(guī)模更新升級或延長時，順勢進行供電方式的改造，而非開展獨立的、全盤性的改造工程。

不同供電類型列車駕駛員的共通性

駕駛北京地鐵第三軌供電線路列車與接觸網供電線路列車的司機，在核心駕駛技能和安全規(guī)范上有共同的基石，但由于車輛的動力獲取方式存在根本差異，他們的培訓內容和操作細節(jié)確實有不同側重。不過，通過額外的轉崗培訓和資質認證，這兩類司機是能夠實現(xiàn)互換的。

所有地鐵司機都必須掌握包括列車構造、信號系統(tǒng)、行車規(guī)章、應急處置等在內的通用知識和技能，并需通過嚴格考核方能上崗。但基于供電方式的不同，司機的培訓和在日常工作中關注的重點也會有所區(qū)別。

對于第三軌供電線路，司機會被特別強調軌道旁第三軌帶電的危險性。在應急處置（如區(qū)間疏散）或日常檢修時，必須嚴格執(zhí)行停電、驗電、掛接地線等安全程序，確保人員不會誤觸第三軌。而對于接觸網供電，由于高壓線位于上方，安全教育的重點會有所不同，但同樣涉及高壓電安全的嚴格規(guī)范。

司機需要熟悉自己所駕駛列車的特性。例如，接觸網供電的列車因電壓更高，其加速、制動等操作感受可能與第三軌供電列車有細微差別。司機在培訓中會通過模擬駕駛和實操來適應特定車型。當發(fā)生與供電相關的故障時，處理流程會因系統(tǒng)而異。例如，第三軌供電系統(tǒng)可能會涉及“受電靴”脫軌或第三軌本身的問題；而接觸網供電則可能遇到“受電弓”故障或接觸網懸掛問題。司機需要學習針對各自線路的應急預案和故障排除方法。

盡管存在差異，但第三軌供電線路司機和接觸網供電線路司機之間的互換是完全可以實現(xiàn)的。這并非自動完成，而是一個有組織的、需要經過額外培訓與認證的過程。當有轉崗需求時，地鐵公司會為司機安排系統(tǒng)的差異培訓。在完成培訓并通過理論和實操考核后，司機將獲得駕駛新線路車型的授權，從而實現(xiàn)互換。

擁有雙供電模式地鐵站供電特色

如果一座地鐵站同時有依靠接觸網和第三軌受電的線路運營，那么這座車站所在的區(qū)段需要配備兩套不同的電力供給系統(tǒng)來為不同類型的列車供電。

雖然受電方式不同，但這兩套系統(tǒng)的電能都源自同一個城市電網。電力首先會通過地鐵的主變電所，將高壓電降壓至適合地鐵使用的等級，然后分別輸送至沿線的牽引變電所。關鍵的區(qū)別就在于牽引變電所之后：為接觸網供電的牽引變電所會輸出較高的直流電壓；而為第三軌供電的則輸出相對較低的直流電壓。這個過程可以理解為，在電力分配階段就為兩條線路“分路”，并調整為各自所需的電壓。電壓轉換完成后，電能會通過前述兩種供電方式截然不同的路徑送達列車，在軌道區(qū)間可以清晰地看到這兩套獨立的物理設施。

北京地鐵氫能源列車技術展望

由京投公司所屬裝備集團研發(fā)的氫燃料混合動力鉸接輕軌車。它采用“氫燃料電池+動力電池”作為動力源。列車加氫過程迅速，約15分鐘即可充滿，續(xù)航里程不低于100公里。其無需依賴外部接觸網供電的特性，使得它能在非電氣化的既有軌道線路上運行，這大大降低了市郊鐵路或景區(qū)、機場等特定場景下新建線路的基建成本和周期 。

在技術細節(jié)上，這款列車應用了多項提升能效與舒適度的技術。例如，它能回收制動過程中產生的能量為動力電池充電，并在冬季將氫燃料電池反應產生的余熱用于客室采暖，整車節(jié)能效果顯著。同時，采用彈性車輪和鉸接轉向架，有效降低運行噪聲，并具備通過40米小半徑彎道的能力 。

在運營組織上，列車支持多單元靈活編組（如2-4個單元連接），能很好地應對潮汐客流。單個單元載客量約236至300人，可根據客流量靈活調整編組，高峰時段提升運力，平峰時段小編組節(jié)能運行 。

圖片來源：國內首列！零排放、低噪音！城郊通勤、景區(qū)旅游它都行——

氫燃料列車的發(fā)展優(yōu)勢明顯。環(huán)保方面，它實現(xiàn)了全程零碳排放，是交通領域深度脫碳的重要路徑 。在經濟性上，對于部分線路，特別是非電氣化線路或景觀要求高的地區(qū)，因其無需架設接觸網，可顯著降低初期建設投資和后期維護成本 。其靈活編組和無需依賴固定供電網絡的特性，也使其在機場聯(lián)絡、城郊通勤、旅游觀光的等中低運量場景下具有獨特的應用優(yōu)勢 。

然而，氫燃料列車的發(fā)展和廣泛應用也面臨一些挑戰(zhàn)。核心技術與基礎設施是當前的瓶頸，大功率氫燃料電池系統(tǒng)的穩(wěn)定性、壽命以及整車的續(xù)航能力仍需提升 。更關鍵的是，加氫站等配套基礎設施尚不完善，建設成本高、技術要求嚴格，特別是適用于軌道交通的大容量加氫站非常稀缺 。運營經濟性也是一大考量，目前氫氣的制備、運輸成本相對較高，導致燃料費用和維護成本可能高于傳統(tǒng)電動列車，影響了其商業(yè)化推廣的經濟性 。此外，氫能機車正式投入規(guī)模化運營還需要完善的標準規(guī)范和政策支持 。

展望未來，北京氫燃料列車的發(fā)展將圍繞以下幾個方面展開：

技術深化與創(chuàng)新：重點攻關大功率、長壽命、低成本的燃料電池系統(tǒng)技術，并探索更高效、安全的儲氫、加氫方案，以提升車輛綜合性能和經濟性 。

拓展應用場景：初期可能更側重于在特定線路進行示范運營，例如市郊鐵路（如未來可能進行公交化改造的東北環(huán)線）、景區(qū)專線或機場快線等，逐步積累運營經驗 。這也與北京推動軌道交通“四網融合”（干線鐵路、城際鐵路、市域鐵路、城市軌道交通融合）的戰(zhàn)略方向相契合 。

完善生態(tài)體系：需要同步推進加氫站等基礎設施的網絡化建設，并呼吁和配合政府出臺更明確的氫能軌道交通發(fā)展戰(zhàn)略、標準規(guī)范及激勵政策，為氫燃料列車的規(guī)模化應用創(chuàng)造有利條件 。

融入區(qū)域協(xié)同：“北京研發(fā)、河北制造”的產業(yè)協(xié)同模式將繼續(xù)深化，借助保定的氫能產業(yè)優(yōu)勢，共同打造北方軌道交通裝備制造產業(yè)基地，助力京津冀產業(yè)協(xié)同發(fā)展 。

氫燃料列車為北京乃至更廣泛區(qū)域的綠色軌道交通提供了具有前瞻性的解決方案。雖然目前實現(xiàn)大規(guī)模應用還面臨技術和經濟性的挑戰(zhàn)，但它代表了軌道交通邁向零碳排放、靈活智能化的重要方向。隨著技術不斷突破和生態(tài)持續(xù)完善，氫燃料列車有望在未來的城市出行中扮演更重要的角色。

結語

隨著北京地鐵網絡的持續(xù)擴張和技術進步，供電系統(tǒng)的選擇正變得更加多元化。第三軌和接觸網兩種技術并非簡單的替代關系，而是根據線路功能、速度要求和環(huán)境特點進行的精準匹配。未來，我們或許還將見證氫能源等新型供電技術的應用，為北京軌道交通注入新的動力。但無論采用何種方式，安全、高效、可靠的供電始終是城市軌道交通的生命線，支撐著這座古都的便捷出行和可持續(xù)發(fā)展。