市域鐵路供電系統(tǒng)制式選擇分析

張建華，張?zhí)彀?，王貴國(guó)，張華

(中車唐山機(jī)車車輛有限公司，河北唐山063035)

市域鐵路供電系統(tǒng)制式選擇分析

張建華，張?zhí)彀祝踬F國(guó)，張華

(中車唐山機(jī)車車輛有限公司，河北唐山063035)

隨著城市化的發(fā)展，市域鐵路系統(tǒng)面臨著巨大的發(fā)展空間，就市域鐵路系統(tǒng)發(fā)展中面臨的供電制式選擇這一問(wèn)題進(jìn)行了分析，介紹了市域鐵路系統(tǒng)供電制式的分類，分析制式選擇的影響因素，在此基礎(chǔ)上提出了市域鐵路系統(tǒng)選擇的原則。

市域鐵路;制式選擇;影響因素

1 前言

近年來(lái)，我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程不斷推進(jìn)，城市的空間結(jié)構(gòu)不斷的發(fā)生巨大的變化:由原有的單中心城市向未來(lái)的多中心城市演化，中心城區(qū)與外圍新城區(qū)或組團(tuán)間的交通需求也不斷的增長(zhǎng)。市域鐵路作為一種節(jié)約資源、環(huán)境友好、安全而便捷的大容量公共交通方式，已成為一個(gè)解決公共交通需求的重要而有效的途徑。

一般認(rèn)為，市域鐵路是指在市域范圍內(nèi)，連接中心城區(qū)與市域內(nèi)其他城鎮(zhèn)或郊區(qū)的新城，主要為市域范圍中心城區(qū)與其他城鎮(zhèn)或郊區(qū)的新城之間的客流提供的一種大容量、快速的公共交通服務(wù)，并一定程度上實(shí)行公交化運(yùn)營(yíng)的鐵路系統(tǒng)。在城市公共交通分類標(biāo)準(zhǔn)CJJ/T114－2007中，將市域鐵路納入城市軌道交通系統(tǒng);隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，市域鐵路與周邊城市的市域鐵路銜接，又會(huì)構(gòu)成城際鐵路。市域鐵路介于城市軌道交通與城際鐵路之間，極有必要對(duì)其系統(tǒng)制式的選擇進(jìn)行分析和探討。

2 市域鐵路系統(tǒng)的制式分類

系統(tǒng)制式主要指系統(tǒng)所采用的牽引供電系統(tǒng)和車輛選型。

交流制式:牽引供電系統(tǒng)采用25 kV交流制，車輛選型采用市域動(dòng)車組。運(yùn)營(yíng)速度一般在120 km/h以上，其速度等級(jí)、牽引制動(dòng)性能、定員、車內(nèi)設(shè)施等適用于運(yùn)營(yíng)線路相對(duì)較長(zhǎng)、速度目標(biāo)值要求較大、站間距較大、起停要求不高的城際或市域鐵路。

直流制式:牽引供電系統(tǒng)采用直流1 500 V或750 V供電，車輛選型采用A或B型車。以A型地鐵為參照車型，運(yùn)營(yíng)速度一般在80～120 km/h，能夠升級(jí)到140～160 km/h，其速度等級(jí)、牽引制動(dòng)性能、車內(nèi)設(shè)施等適用于線路較短、站間距較小、快起快停、公交化運(yùn)營(yíng)的城市軌道交通。

雙流制式:采用交流制式和直流制式兩種牽引供電系統(tǒng)。雙制式動(dòng)車組適用于AC25 KV線路與DC1500 V線路之間跨線運(yùn)行的一種動(dòng)車組，當(dāng)新設(shè)計(jì)施工的線路與既有線路供電制式不同、但仍要與既有線路實(shí)現(xiàn)跨線運(yùn)行時(shí)所采取的一種兼容措施和方案。

表1 不同供電制式主要特點(diǎn)比較表

3 市域鐵路系統(tǒng)制式選擇的影響因素

3.1 線網(wǎng)規(guī)劃意圖

(1)若城市規(guī)劃區(qū)域內(nèi)，有城市軌道交通系統(tǒng)，同時(shí)所在城市群內(nèi)有獨(dú)立規(guī)劃的城際軌道交通網(wǎng)，市域鐵路的功能定位變非常明確，從系統(tǒng)兼容的角度，更偏向于采用城市軌道交通網(wǎng)的直流制式;

(2)若城市規(guī)劃區(qū)域內(nèi)，尚沒(méi)有城市軌道交通系統(tǒng)，同時(shí)所在城市群內(nèi)亦無(wú)獨(dú)立規(guī)劃的城際軌道交通網(wǎng)，市域鐵路會(huì)部分承擔(dān)城市軌道交通系統(tǒng)的部分功能，同時(shí)將來(lái)亦將承擔(dān)城際軌道交通的功能，市域鐵路制式的選擇更偏向于城際軌道交通網(wǎng)，以便為改造為城際軌道交通留有速度提升的空間。

(3)若城市規(guī)劃區(qū)域內(nèi)，有城市軌道交通系統(tǒng)，同時(shí)所在城市群內(nèi)無(wú)獨(dú)立規(guī)劃的城際軌道交通網(wǎng)，需因地制宜分析市域鐵路的功能定位，采用哪種制式進(jìn)行綜合比選。

(4)若城市規(guī)劃區(qū)域內(nèi)，尚沒(méi)有城市軌道交通系統(tǒng)，所在城市群內(nèi)有獨(dú)立規(guī)劃的城際軌道交通網(wǎng)，需因地制宜分析市域鐵路的功能定位，采用哪種制式進(jìn)行綜合比選。

3.2 速度目標(biāo)值方案選擇

我國(guó)大多數(shù)的大中城市外圍的新城大部分位于距中心城區(qū)50～70 km的范圍內(nèi)，100～160 km/h速度目標(biāo)值基本可以滿足1 h通勤圈的交通需求。

為滿足1 h通勤圈的需要，速度目標(biāo)值的選擇受線路長(zhǎng)度，平均站間距等因素的影響。通常情況下，市域鐵路線路長(zhǎng)度在35～100 km，平均站間距在2～10 km。因此，為選擇合適的速度目標(biāo)值，可就100、120、140、160 km/h等多種速度目標(biāo)值方案進(jìn)行方案比選。就其中滿足時(shí)間目標(biāo)值要求，列車運(yùn)用效率(列車以目標(biāo)速度運(yùn)行的距離占全程的比例)高的進(jìn)行選擇。

3.3 工程投資分析

(1)供電系統(tǒng)投資。對(duì)于新建線路，一般采用單一供電制式，因此，本文主要對(duì)交流、直流這兩種供電制式進(jìn)行對(duì)比分析。就供電系統(tǒng)投資而言，交流制式變電所供電范圍為30～80 km，一般就市域鐵路而言，長(zhǎng)度大多不會(huì)超過(guò)100 km，2座變電所就可以滿足要求;直流制式變電所供電范圍為2.0～4.5 km，需要設(shè)置主變電所數(shù)座，直供牽引變電所數(shù)十座，而變電所是供電系統(tǒng)的主要部分，對(duì)投資影響極大。結(jié)合工程實(shí)踐及綜合比較而言，僅就供電系統(tǒng)而言，直流供電系統(tǒng)約為交流供電系統(tǒng)的2倍，交流供電制式具有明顯優(yōu)勢(shì)。

(2)隧道工程投資。25 kV交流供電制式的電壓等級(jí)高，所需的絕緣距離要增加，導(dǎo)致隧道斷面相對(duì)增大;交流供電制式大多采用動(dòng)車組車輛，而動(dòng)車組車輛相對(duì)A/B型車輛的斷面要大，在阻塞比相同的條件下，動(dòng)車組要求的隧道斷面較大，所以，相對(duì)直流供電制式+A/B型車輛來(lái)說(shuō)，交流制式的動(dòng)車組車輛要求的隧道斷面要大。直流供電隧道工程投資具有明顯優(yōu)勢(shì)。

(3)車輛價(jià)格。供電制式的不同影響動(dòng)車組的成本，一般情況下交流制式的動(dòng)車組成本更高一些，因交流供電與直流供電相比，需要增加牽引變壓器，同時(shí)牽引變流器也要增加中間直流供電環(huán)節(jié)，故動(dòng)車組成本高于直流制式。

3.4 運(yùn)營(yíng)成本

交流供電系統(tǒng)需要的變電設(shè)施較少、定員也就相對(duì)較少，電能損耗相應(yīng)減少，直流供電系統(tǒng)主變電所和牽引變電所數(shù)量較多、定員也相對(duì)多;電能損耗相應(yīng)增大。綜合而言，交流供電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本更低。交流制式車輛車載設(shè)備較多，因此維護(hù)成本較高，但影響程度不大。

4 市域鐵路系統(tǒng)制式選擇原則

在市域鐵路系統(tǒng)制式的選擇原則中，首先應(yīng)當(dāng)滿足和實(shí)現(xiàn)線網(wǎng)規(guī)劃意圖，適應(yīng)項(xiàng)目特點(diǎn)，服務(wù)于城市與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，在此前提下，選定合適的速度目標(biāo)值。在兩種制式均滿足線網(wǎng)規(guī)劃意圖及速度目標(biāo)值的前提下，進(jìn)行工程投資分析和運(yùn)營(yíng)成本方面的比較，但工程投資不是線路選擇的決定因素，但可以作為重要的參考因素。

［1］閔國(guó)水.關(guān)于市域鐵路系統(tǒng)制式選擇的探討［J］.中國(guó)鐵路，2014，(12).

［2］喻文球.溫州市域鐵路網(wǎng)系統(tǒng)制式研究［J］.鐵道工程學(xué)報(bào)，2014，(3).

［3］曾志長(zhǎng).市域鐵路兩種牽引供電制式工程投資對(duì)比分析［J］.鐵路工程造價(jià)管理，2013，(9).

A dissertation on selection and analysis of regional railway power standard

ZHANG Jian－h(huán)ua，ZHANG Tian－bai，WANG Gui－guo，ZHANG Hua
(Car in Tangshan Locomotive Vehicle Co.，Ltd.，Tangshan，Hebei 063035，China)

With the fast development of urbanization，more regional railways will be constructed recently.This paper analysises the question of urban－suburban railway standard selection，and introduces the classification of regional railway standard.The influencing factors and the Principles in chosen are also given here.

regional railway;standard chosen;influencing factors

U415

C

1008－3383(2017)04－0172－02

2016－10－21作者簡(jiǎn)介:張建華，工程師。