市域轨道交通供电制式研究

王 蛟，李小明

市域轨道交通供电制式研究

王 蛟，李小明

牵引供电制式的选择对市域轨道交通的运营和发展具有重要意义。本文介绍了牵引供电制式的分类，对供电制式的特点进行了比较和分析，得出了不同牵引供电制式的适用条件。

市域轨道交通；供电制式；牵引供电

0 引言

市域轨道交通是为中心城区与新城之间提供快速、大容量、公交化公共交通服务的新型轨道交通系统，其定位于城际铁路和城市轨道交通（地铁）2个层次之间，既与城市轨道交通线网衔接，又与城际干线铁路网相连，是地铁和轻轨系统的有力补充[1，2]。

1 部分城市市域轨道交通概况

我国在建或已建成的市域轨道交通线有温州S1、S2、S3线，杭州城际铁路及南京S1线等，上述线路的项目情况及采用的供电制式如表1所示。

表1 国内部分城市市域轨道交通技术特征

从表1可知，市域轨道交通可采用交流供电制式或直流供电制式，不同供电制式的适用范围是本文研究的重点。

市域轨道交通交流制式与国铁相同，均引入25 kV交流电，车辆选型采用市域动车组；直流供电制式与地铁一致，通过直流1 500 V接触网或750 V接触轨供电，车辆选用A型车或B型车。

选择合理的供电制式，既有利于节省投资，还可为后期线路规划及制式选择提供参考，对轨道交通的发展具有重要意义。

2 不同牵引供电制式的主要技术特点

供电制式的选择与线路的速度目标值、车辆选型、与相关线路的衔接方式以及投资预算等因素有关。交、直流供电制式的主要技术特点见表2[4～7]。

3 市域轨道交通供电制式选择

表2比较了交、直流供电制式技术特点及区别，现基于既有的市域轨道交通线路，分析供电制式选择需要考虑的因素。

表2 不同供电制式主要技术特点对比

3.1 速度目标值

市域轨道交通主要为中心城区与所辖其他城镇或郊区新城之间提供大容量、快速公共交通服务，其速度目标值的选取与客流量、站间距、车辆类型以及工程投资有关。我国市域轨道交通，如长株潭城际铁路、香港东西铁路、温州市域S1、S2、S3线、台州S1、S2线等，均采用交流供电制式。从已建或在建的线路可发现，站间距大、长度较长的线路采用交流供电制式较多；站间距小、长度短的线路采用直流供电制式较多。然而这并不是唯一的考虑因素，通常还需从以下几方面综合考虑：

（1）当线路长度在50 km以下，时速低于120 km时，2种供电制式均可选用，此时主要考虑与其他线路的衔接，保持与衔接线路相同的供电制式，有利于提高系统的资源利用率。

（2）当线路长度在100 km左右，时速在120～160 km时，在技术方面直流供电制式与交流供电制式相比，并无明显优势，且速度越高，对车辆、土建的要求越高，建设成本也越大。

（3）当线路长度大于100 km，时速在160 km以上时，目前已建成的市域线路均采用交流供电制式，不仅可以保证受电质量，还可以节省投资。

3.2 车辆选型及能耗

牵引供电系统是为车辆提供电能的地面固定设施，供电制式的选择还取决于目前交、直流供电车辆的研发、制造和运营水平。从车辆投资方面考虑，同等运行性能的车辆，采用交流供电制式时，车辆需额外增加设备，车辆自重增加，牵引制动能耗随之增加。相关数据显示，交流供电制式下车辆的造价比直流供电制式更高，在考虑项目投资时，车辆费用也是需考虑的因素之一，但并非关键因素，因为车辆购置费相比项目总投资，占比不高。

3.3 线网衔接方式

目前，不同线路之间的衔接主要有乘客换乘和组织调度2种方式。乘客换乘可分为同台换乘、站厅换乘、过道换乘等，通过去往其他线路的换乘点实现线网之间的衔接，当采用该方式与其他线路跨线运行时，交流或直流供电制式均适用。组织调度衔接是指通过行车调度指挥、联络线、合理的运输方案等，实现列车的跨线运行，采用该方式，跨线运行线路的供电制式需保持一致。如市域线路与国铁或者采用交流供电制式的地铁线路互联互通时，应采用交流供电制式，如在建的温州市域轨道交通网中的温州南站、雁荡山站、苍南站预留了与国铁互联互通条件；若与采用直流供电制式的地铁线路互联互通时，应采用直流供电制式。

在实际工程设计中，选择何种衔接方式，需结合实际情况具体分析，衔接方式的不同会影响供电制式的选择。

3.4 运营费用

由表2可知，交流供电制式牵引所供电距离为30～80 km，直流供电制式牵引所供电距离为2.0～4.5 km。所以在线路较长时，采用交流供电制式，变电所的数量较少，所需的定员少，成本更低，且电压等级高，电能损耗少，节省电费。因此，仅从运营费用方面考虑，交流供电制式具备一定优势。

3.5 城市景观因素

市域轨道交通线路始于城市中心区，其工程建设应尽量减小对城市景观的不利影响。依据敷设的环境不同，线路的敷设可分为地下敷设、地面敷设和高架敷设。当采用地下敷设时，对城市景观无影响。当采用地面或高架敷设方式时，2种供电制式都需要沿线路架设架空接触网供电设备。柔性接触网线材多样，结构复杂，影响城市景观。直流供电制式相比于交流供电制式其电压等级较低，为了保证载流效果，需增加接触网接触线，并需增设加强线，跨距减小，支持装置增多，严重影响城市景观。

4 2种供电制式经济性比较

以国内某工程为例，对2种供电制式的经济性进行对比。该线路全长32.18 km，全线共设30座车站，均为地下站，最小站间距0.63 km，最大站间距1.93 km。

4.1 土建工程规模

4.1.1 隧道断面形式

在直流供电制式下，国内地铁采用的是A/B型车，区间最大行车速度大多在100 km/h以下，盾构隧道断面内径5.4～5.5 m，外径6～6.2 m。

在交流供电制式下，绝缘距离增大，隧道断面相对增大，如长株潭城际铁路，时速160 km，盾构隧道断面内径8.1 m，外径9.0 m，管片厚度450 mm。从隧道断面形式方面考虑，交流供电制式成本高于直流供电制式成本。

4.1.2 车站建筑

交流供电制式的线路站台长140 m，直流供电制式的线路站台长120 m，交流供电制式线路地下车站建设规模较直流供电制式增加约1 000 m2。

4.2 牵引供电方案

若该线路采用直流1 500 V接触网供电方式，需要设置主变电所1座，牵引降压所13座，降压所17座；若该线路采用交流25 kV直供带回流线的供电方式，需新建牵引所1座，分区所2座。

4.3 车辆购置费

（1）当采用6辆编组时，交、直流供电制式的车辆配置如表3所示。

表3 交、直流供电制式车辆配置数量 列

由表3可知，交、直流供电制式下车辆购置数量差别不大，目前直流供电制式下A/B型车的购置费用低于动车组购置费用。通过计算，该项目就车辆购置费而言，采用直流供电制式投资成本更低，可节省投资约2亿元人民币。

4.4 工程投资对比分析

综上分析可知，直流供电制式可以节省土建投资，但供电系统投资较大。不同供电制式投资差异如表4所示。

表4 交、直流供电制式主要投资差异 万元

从表4可知，直流供电制式相比交流供电制式总投资可节省约5.2亿元，该线路采用直流供电制式比较经济合理。

对不同的工程项目，在进行供电制式的选择时首先需要考虑速度目标值，当速度目标值要求较高，大于100 km/h时，通常采用交流供电制式；当速度目标值要求不高，交、直流供电制式均适用时，需进行经济性对比，采用节省投资的方案。

5 结语

市域轨道交通工程建设中，供电制式的选择直接关系到工程的建设规模、技术和标准及与其他轨道交通的衔接和投资。通常而言，当列车运行速度目标值低于100 km/h，站间距较小，车站密度较大时，适宜采用直流供电制式；当线路较长，站间距较大，对列车运行速度要求较高时，适宜采用交流供电制式。落实到实际的工程项目，还需对项目所处地理位置、线网规划、衔接方式、工程总投资等方面进行综合对比之后，再选择合适的供电制式。

[1]张学斌，彭朋.市域铁路速度目标值研究[J].铁道标准设计，2014（3）：10-14.

[2]秦永平.铁路参与城市轨道交通初探[J].城市轨道交通研究，2005，8（2）：12-15.

[3]喻文球.温州市域铁路网系统制式研究[J].铁道工程学报，2014，31（3）：14-18.

[4]刘澜，王琳.交通运输系统分析[M].成都：西南交通大学出版社，2012.

[5]沈海剑.市域铁路车站设计研究[J].铁道标准设计，2012（4）：21-25.

[6]曾志长.市域铁路两种牵引供电制式工程投资对比分析[J].铁路工程造价管理，2013，28（5）：9-13.

[7]徐瑞华，杜世敏.市域轨道交通线路特点分析[J].城市轨道交通研究，2005，8（1）：10-12.

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.中交机电工程局有限公司技术中心，高级工程师；

李小明.中交机电工程局有限公司技术中心，助理工程师。

2017-02-07