市域軌道交通供電制式研究

王 蛟，李小明

市域軌道交通供電制式研究

王 蛟，李小明

牽引供電制式的選擇對(duì)市域軌道交通的運(yùn)營(yíng)和發(fā)展具有重要意義。本文介紹了牽引供電制式的分類，對(duì)供電制式的特點(diǎn)進(jìn)行了比較和分析，得出了不同牽引供電制式的適用條件。

市域軌道交通；供電制式；牽引供電

0 引言

市域軌道交通是為中心城區(qū)與新城之間提供快速、大容量、公交化公共交通服務(wù)的新型軌道交通系統(tǒng)，其定位于城際鐵路和城市軌道交通（地鐵）2個(gè)層次之間，既與城市軌道交通線網(wǎng)銜接，又與城際干線鐵路網(wǎng)相連，是地鐵和輕軌系統(tǒng)的有力補(bǔ)充[1，2]。

1 部分城市市域軌道交通概況

我國(guó)在建或已建成的市域軌道交通線有溫州S1、S2、S3線，杭州城際鐵路及南京S1線等，上述線路的項(xiàng)目情況及采用的供電制式如表1所示。

表1 國(guó)內(nèi)部分城市市域軌道交通技術(shù)特征

從表1可知，市域軌道交通可采用交流供電制式或直流供電制式，不同供電制式的適用范圍是本文研究的重點(diǎn)。

市域軌道交通交流制式與國(guó)鐵相同，均引入25 kV交流電，車輛選型采用市域動(dòng)車組；直流供電制式與地鐵一致，通過(guò)直流1 500 V接觸網(wǎng)或750 V接觸軌供電，車輛選用A型車或B型車。

選擇合理的供電制式，既有利于節(jié)省投資，還可為后期線路規(guī)劃及制式選擇提供參考，對(duì)軌道交通的發(fā)展具有重要意義。

2 不同牽引供電制式的主要技術(shù)特點(diǎn)

供電制式的選擇與線路的速度目標(biāo)值、車輛選型、與相關(guān)線路的銜接方式以及投資預(yù)算等因素有關(guān)。交、直流供電制式的主要技術(shù)特點(diǎn)見(jiàn)表2[4～7]。

3 市域軌道交通供電制式選擇

表2比較了交、直流供電制式技術(shù)特點(diǎn)及區(qū)別，現(xiàn)基于既有的市域軌道交通線路，分析供電制式選擇需要考慮的因素。

表2 不同供電制式主要技術(shù)特點(diǎn)對(duì)比

3.1 速度目標(biāo)值

市域軌道交通主要為中心城區(qū)與所轄其他城鎮(zhèn)或郊區(qū)新城之間提供大容量、快速公共交通服務(wù)，其速度目標(biāo)值的選取與客流量、站間距、車輛類型以及工程投資有關(guān)。我國(guó)市域軌道交通，如長(zhǎng)株潭城際鐵路、香港東西鐵路、溫州市域S1、S2、S3線、臺(tái)州S1、S2線等，均采用交流供電制式。從已建或在建的線路可發(fā)現(xiàn)，站間距大、長(zhǎng)度較長(zhǎng)的線路采用交流供電制式較多；站間距小、長(zhǎng)度短的線路采用直流供電制式較多。然而這并不是唯一的考慮因素，通常還需從以下幾方面綜合考慮：

（1）當(dāng)線路長(zhǎng)度在50 km以下，時(shí)速低于120 km時(shí)，2種供電制式均可選用，此時(shí)主要考慮與其他線路的銜接，保持與銜接線路相同的供電制式，有利于提高系統(tǒng)的資源利用率。

（2）當(dāng)線路長(zhǎng)度在100 km左右，時(shí)速在120～160 km時(shí)，在技術(shù)方面直流供電制式與交流供電制式相比，并無(wú)明顯優(yōu)勢(shì)，且速度越高，對(duì)車輛、土建的要求越高，建設(shè)成本也越大。

（3）當(dāng)線路長(zhǎng)度大于100 km，時(shí)速在160 km以上時(shí)，目前已建成的市域線路均采用交流供電制式，不僅可以保證受電質(zhì)量，還可以節(jié)省投資。

3.2 車輛選型及能耗

牽引供電系統(tǒng)是為車輛提供電能的地面固定設(shè)施，供電制式的選擇還取決于目前交、直流供電車輛的研發(fā)、制造和運(yùn)營(yíng)水平。從車輛投資方面考慮，同等運(yùn)行性能的車輛，采用交流供電制式時(shí)，車輛需額外增加設(shè)備，車輛自重增加，牽引制動(dòng)能耗隨之增加。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，交流供電制式下車輛的造價(jià)比直流供電制式更高，在考慮項(xiàng)目投資時(shí)，車輛費(fèi)用也是需考慮的因素之一，但并非關(guān)鍵因素，因?yàn)檐囕v購(gòu)置費(fèi)相比項(xiàng)目總投資，占比不高。

3.3 線網(wǎng)銜接方式

目前，不同線路之間的銜接主要有乘客換乘和組織調(diào)度2種方式。乘客換乘可分為同臺(tái)換乘、站廳換乘、過(guò)道換乘等，通過(guò)去往其他線路的換乘點(diǎn)實(shí)現(xiàn)線網(wǎng)之間的銜接，當(dāng)采用該方式與其他線路跨線運(yùn)行時(shí)，交流或直流供電制式均適用。組織調(diào)度銜接是指通過(guò)行車調(diào)度指揮、聯(lián)絡(luò)線、合理的運(yùn)輸方案等，實(shí)現(xiàn)列車的跨線運(yùn)行，采用該方式，跨線運(yùn)行線路的供電制式需保持一致。如市域線路與國(guó)鐵或者采用交流供電制式的地鐵線路互聯(lián)互通時(shí)，應(yīng)采用交流供電制式，如在建的溫州市域軌道交通網(wǎng)中的溫州南站、雁蕩山站、蒼南站預(yù)留了與國(guó)鐵互聯(lián)互通條件；若與采用直流供電制式的地鐵線路互聯(lián)互通時(shí)，應(yīng)采用直流供電制式。

在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，選擇何種銜接方式，需結(jié)合實(shí)際情況具體分析，銜接方式的不同會(huì)影響供電制式的選擇。

3.4 運(yùn)營(yíng)費(fèi)用

由表2可知，交流供電制式牽引所供電距離為30～80 km，直流供電制式牽引所供電距離為2.0～4.5 km。所以在線路較長(zhǎng)時(shí)，采用交流供電制式，變電所的數(shù)量較少，所需的定員少，成本更低，且電壓等級(jí)高，電能損耗少，節(jié)省電費(fèi)。因此，僅從運(yùn)營(yíng)費(fèi)用方面考慮，交流供電制式具備一定優(yōu)勢(shì)。

3.5 城市景觀因素

市域軌道交通線路始于城市中心區(qū)，其工程建設(shè)應(yīng)盡量減小對(duì)城市景觀的不利影響。依據(jù)敷設(shè)的環(huán)境不同，線路的敷設(shè)可分為地下敷設(shè)、地面敷設(shè)和高架敷設(shè)。當(dāng)采用地下敷設(shè)時(shí)，對(duì)城市景觀無(wú)影響。當(dāng)采用地面或高架敷設(shè)方式時(shí)，2種供電制式都需要沿線路架設(shè)架空接觸網(wǎng)供電設(shè)備。柔性接觸網(wǎng)線材多樣，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，影響城市景觀。直流供電制式相比于交流供電制式其電壓等級(jí)較低，為了保證載流效果，需增加接觸網(wǎng)接觸線，并需增設(shè)加強(qiáng)線，跨距減小，支持裝置增多，嚴(yán)重影響城市景觀。

4 2種供電制式經(jīng)濟(jì)性比較

以國(guó)內(nèi)某工程為例，對(duì)2種供電制式的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行對(duì)比。該線路全長(zhǎng)32.18 km，全線共設(shè)30座車站，均為地下站，最小站間距0.63 km，最大站間距1.93 km。

4.1 土建工程規(guī)模

4.1.1 隧道斷面形式

在直流供電制式下，國(guó)內(nèi)地鐵采用的是A/B型車，區(qū)間最大行車速度大多在100 km/h以下，盾構(gòu)隧道斷面內(nèi)徑5.4～5.5 m，外徑6～6.2 m。

在交流供電制式下，絕緣距離增大，隧道斷面相對(duì)增大，如長(zhǎng)株潭城際鐵路，時(shí)速160 km，盾構(gòu)隧道斷面內(nèi)徑8.1 m，外徑9.0 m，管片厚度450 mm。從隧道斷面形式方面考慮，交流供電制式成本高于直流供電制式成本。

4.1.2 車站建筑

交流供電制式的線路站臺(tái)長(zhǎng)140 m，直流供電制式的線路站臺(tái)長(zhǎng)120 m，交流供電制式線路地下車站建設(shè)規(guī)模較直流供電制式增加約1 000 m2。

4.2 牽引供電方案

若該線路采用直流1 500 V接觸網(wǎng)供電方式，需要設(shè)置主變電所1座，牽引降壓所13座，降壓所17座；若該線路采用交流25 kV直供帶回流線的供電方式，需新建牽引所1座，分區(qū)所2座。

4.3 車輛購(gòu)置費(fèi)

（1）當(dāng)采用6輛編組時(shí)，交、直流供電制式的車輛配置如表3所示。

表3 交、直流供電制式車輛配置數(shù)量 列

由表3可知，交、直流供電制式下車輛購(gòu)置數(shù)量差別不大，目前直流供電制式下A/B型車的購(gòu)置費(fèi)用低于動(dòng)車組購(gòu)置費(fèi)用。通過(guò)計(jì)算，該項(xiàng)目就車輛購(gòu)置費(fèi)而言，采用直流供電制式投資成本更低，可節(jié)省投資約2億元人民幣。

4.4 工程投資對(duì)比分析

綜上分析可知，直流供電制式可以節(jié)省土建投資，但供電系統(tǒng)投資較大。不同供電制式投資差異如表4所示。

表4 交、直流供電制式主要投資差異 萬(wàn)元

從表4可知，直流供電制式相比交流供電制式總投資可節(jié)省約5.2億元，該線路采用直流供電制式比較經(jīng)濟(jì)合理。

對(duì)不同的工程項(xiàng)目，在進(jìn)行供電制式的選擇時(shí)首先需要考慮速度目標(biāo)值，當(dāng)速度目標(biāo)值要求較高，大于100 km/h時(shí)，通常采用交流供電制式；當(dāng)速度目標(biāo)值要求不高，交、直流供電制式均適用時(shí)，需進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性對(duì)比，采用節(jié)省投資的方案。

5 結(jié)語(yǔ)

市域軌道交通工程建設(shè)中，供電制式的選擇直接關(guān)系到工程的建設(shè)規(guī)模、技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)及與其他軌道交通的銜接和投資。通常而言，當(dāng)列車運(yùn)行速度目標(biāo)值低于100 km/h，站間距較小，車站密度較大時(shí)，適宜采用直流供電制式；當(dāng)線路較長(zhǎng)，站間距較大，對(duì)列車運(yùn)行速度要求較高時(shí)，適宜采用交流供電制式。落實(shí)到實(shí)際的工程項(xiàng)目，還需對(duì)項(xiàng)目所處地理位置、線網(wǎng)規(guī)劃、銜接方式、工程總投資等方面進(jìn)行綜合對(duì)比之后，再選擇合適的供電制式。

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It is important for the development and operation of regional rail transit to select the traction power supply system.In this paper，the classification of traction power supply system were introduced，then the characteristics of different traction power supply system were analyzed and compared，the applicable conditions of different traction power supply system areobtained.

Regional rail transit;power supply system;traction power supply

U231.8

B

1007-936X(2017)06-0059-03

10.19587/j.cnki.1007-936x.2017.06.015

王 蛟.中交機(jī)電工程局有限公司技術(shù)中心，高級(jí)工程師；

李小明.中交機(jī)電工程局有限公司技術(shù)中心，助理工程師。

2017-02-07