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1、关于城际轨道交通牵引供电制式选择的探讨 2010年 04 月 14 日 星期三 09:12 中国城际轨道交通建设已进入快速发展和建设时期，以环渤海湾京津冀地 区、长江三角洲地区、 珠江三角洲地区三大经济区城际轨道交通网为代表的多条 城际轨道交通已经建成或正在实施，新调整的中长期铁路网规划也将城际轨道交 通规划发展扩展到长株潭、 成渝以及中原城市群、 武汉城市圈、 关中城镇群、 海 峡西岸城镇群等地区。 在有些城际轨道交通项目的前期规划研究阶段，尤其是在 地区内城市轨道交通比较发达，彼此联系比较紧密的情况下， 城际轨道交通牵引 供电系统是采用单相工频25kV交流供电还是直流1500V供电，往往会
2、成为重点 专题提出。本文试从分析决定城际轨道交通项目牵引供电制式的相关因素着手， 得出决定因素，提出确定牵引供电制式的基本原则与思路。1 重要概念1.1 城际轨道交通城际轨道交通（又叫城际铁路），是指在人口稠密的经济发达地区城市间， 采用公交化便捷、 快速、大运量的客运轨道交通系统。城际轨道交通有三大基本 特点：快速、公交化。具体表现为短编组、高密度，实现1-2h 的时空距离目 标；深入城市中心； 和城市的交通系统能够有机地、有效地衔接，尽可能做 到乘客的零换乘。 具体到某一条城际轨道交通线路，根据其在线网地位、 服务对 象、范围和质量要求的不同， 会有相应的功能定位， 从而形成自身独特的技术
3、标 准和工程特点。在规划一个地区或城市群的区域轨道交通网时，往往会按高速客专、 城际轨 道交通、城市轨道交通三种层次考虑构建网络，围绕线网结构功能清晰、 各种交 通运输方式全面协调发展的目标，在服务范围、 功能定位、 技术标准等方面明确 其联系和区别。 城际轨道交通既是干线铁路服务的补充和完善，又是城市轨道交 通服务的延伸和提高，各线路全面协调发展。1.2 牵引供电制式牵引供电制式是指供电系统向电动车辆或电力机车供电所采用的电流制、电 压等级和供电方式。 历史上， 牵引供电制式曾随着电动车辆和机车功率特性要求、 牵引电动机及电力电子技术的发展而发展演变，现已基本定型。 中国干线电气化 铁路和城
4、市轨道交通发展至今，由于一起步前人就结合国情， 汲取和总结了国外 多年发展的经验，决策采用单相工频25kV交流制和直流 750V （600V ）、1500V 供电这两种普遍认为先进的牵引供电制式，并已形成国家标准。（1）单相工频 25kV交流制。单相工频 25kV交流制一般适用于运量大、负荷重、速度高、运输距离长的 干线电气化铁路， 如普速客货共线铁路、 200-250km/h 客货共线铁路或客运专线、 300km/h及以上高速铁路或客运专线，并已基本形成不同层次的技术标准体系。 部分国家或地区的城郊快线铁路或机场线采用单相工频25kV交流制，如香港东西铁路（东铁 34km ，西铁 30.5k
5、m，最高速度 160km/h、架空柔性接触网）、曼 谷机场快线 （线路长 28.8km、最高速度 160km/h、架空柔性接触网） 马来西亚吉 隆坡机场快线（线路长57km 、最高速度 160km/h、架空柔性接触网）、韩国机场 高速线（线路长 61.7km、最高速度 120km/h、隧道内采用刚性悬挂接触网）。（2）直流牵引供电制式。直流牵引供电制式适用于列车功率不大、供电半径较小、 列车密度高且启动 频繁的城市轨道交通。 中国各城市的城市轨道交通均采用直流牵引供电制式。在 城轨牵引供电系统方案研究和设计时，供电电压等级是采用750V或者 1500V供 电，向车辆授电是采用架空接触网还是接触
6、轨，采用架空接触网时， 悬挂方式是 采用柔性还是刚性， 采用接触轨时是上部授流还是下部授流，这应属确定直流牵 引制式后牵引网供电方式比选的范畴。中国香港地区LAR机场快线采用直流 1500V供电，如香港（线路长35km ，最高速度 130km/h、架空柔性接触网）、北 京市轨道交通首都机场线采用750V供电 （线路长 28km ， 最高速度 110km/h、 750V 接触轨）。本文所述城际轨道交通牵引供电制式（简称供电制式） 选择是指为车辆运行 和行车组织服务的牵引供电系统究竟是采用单相工频25kV交流供电制（简称交 流供电）还是采用直流1500V供电制（简称直流供电）。(3) 双制式 /
7、多制式供电。双制式 / 多制式供电是指不同线路区段采用不同的牵引供电制式时，为适应 行车组织决定的列车跨线运行和直通需要，供电系统设置不同制式之间实现转换 的过渡段或系统分离区， 实现对具备双制式或多制式受电功能的同一车辆进行供 电。中国尚无双制式 / 多制式供电的车辆运营经验。广州地铁4、5、6 号线牵引 供电系统采用直流1500V供电，车辆采用直线电机， 具备从架空接触网 （车辆段） 和接触轨（正线）受流转换功能， 该类型车辆应属牵引供电制式相同，仅受电方 式不同。国外双制式 / 多制式供电一般是在既有线路必须与新建线路直接衔接以方便 乘客出行以吸引客流时， 迫于既有线改造费用过大才采用，
8、或是干线铁路客运系 统和城市交通共线运行时采用。国外运行的双制式/ 多制式车辆多属于电流制、 电压等级、甚至受电方式都不相同的类型，比较典型的情况是通行在多个国家的 欧洲之星高速列车能够适应3 种牵引供电制式（交流 25kV、 DC3000V 、 DC1500V ） 。2 交、直流供电制式的主要技术特点交流供电或直流供电均是一条城际轨道交通牵引供电制式的可选方案。两者 的主要技术特点比较见表1。项 目单相工频 25kV交流制直流 1500V供电制供电形式单边供电双边供电变电所供电范 围电压等级高，变电所供电范围 为 3080km 。电压等级低，变电所供电范围为 24.5km。牵引变电设施变电设
9、施数量少，各种接线结 构简单变电设施数量多，各种接线结构复 杂；当采用集中供电时， 还需设置 主变电所和环网电缆，供电工程投 资较大。牵引网结构在相同功率前提下，其电流比 直流供电要小，牵引网截面积 小，结构简单复杂，牵引电流大，牵引网为满足 载流量要求，截面积大。接触网所能适 应的车辆速度可适应较高的列车速度，国内 目前设计最高运营速度可达 350km/h。采用架空接触网，直流供电车辆最 高速度可达 160km/h。供电安全性牵引网电压等级高，所要求的 安全防护距离较大牵引网电压等级低，所要求的安全 防护距离较小车辆成本高速动车组费用较高直流制车辆电气传动系统简单， 车 辆制造成本较低再生制
10、动能量 吸收牵引网分段，其中一动车组再 生制动产生的能量只能被该区 段的其他动车组利用，利用概 率小牵引网是一个整体，其中一动车组 再生制动产生的能量被全线其他 动车组利用的概率大，可进行节能 坡设置对隧道净空的 影响电压等级高，对净空要求稍大。电压等级低，对净空要求小， 采用 相同的车辆，在盾构施工条件下， 开挖直径小。对电力系统的 影响产生三相不平衡和少量谐波， 对系统电能质量会有一定影响产生少量谐波，对电力系统电能质 量影响较小防护处理需进行电磁防护，全线可通过 增加架空回流线进行防护，处 理相对简单需杂散电流防护，全线需设监测系 统，进行全面防护，防护复杂，运营费用变电设施少，定员少；
11、电压等 级高，电能损耗也少。主变电所多，需定员多；牵引变电 所数量大，电能损耗大；电压等级 低，电能损耗也大。应用情况京津城际、沪宁城际、广珠城 际、昌九城际广佛城际、广州地铁、深圳地铁等交流供电由于供电电压等级高，牵引供变电设施少， 接触网结构简单， 技术 经济、运营维护明显优于直流供电。经研究比较， 交流供电本体及相关工程 （含 专业房屋、 用地等）投资，相比直流供电， 工程投资约少 850-1000 万元/ 正线公 里，该值视技术标准、 地下区段长度不同有所浮动。因此，仅从供电系统专业角 度讲，应优先选择交流供电。3 国内城际轨道交通应用现状国内城际轨道交通工程特点及牵引供电制式选用情况
12、见表2。表 2 国内城际轨道交通工程特点及牵引供电制式比较表项目京津城际广珠城际沪宁城际广佛城际昌九城际功能定位定位于服务京、 津两大城市间的 旅客交流，注重 高速、直达。定位于服务沿 线各城市、中心 城镇间的城际 客流、兼顾少量 对外客流。定位于服务沿 线各个城市、 次中心城镇、 城市组团之间 的旅客交流定位于满足佛 山市、广州河 南地区组团内 交通需求和广 州市与佛山市 城际间的交通 联系功能。定位于缓解 有京九线昌 段能力紧张 局面，构建 内高效便捷 力强大的交 运输体系 度目标值 /kmh 350 直达，站站停 160 直达 250 站站 停 160 80 200 路长度 /km 11
13、5 主线 116.9 支线 26.8 约 300 32.16 全线 131.2 新建线路路敷设方式高架占 87 主线高架占 95% ；支线全高 架主线高架占 95% ；全地下桥梁总占制坡度/ 12 一般 12， 最大 30 一般一般 30 12 小列车追踪 间隔/min 3 3 3 2 4 间距/km 最大 37.33 最小 20.49 平均 28.75 最大 12.92 最小 3.42 平均 7.19 最大 16.47km 最小 6.69km 平均 10.34km 最大 3.48km 最小 0.968km 平均 1.574km 最大 34. 最小 7.8 平均 26.2衔接、换乘 点北京南站
14、、天津 站（综合枢纽站）新广州站 （综合枢纽站）南京站、上海 站（综合枢纽 站）西朗、沙园、 南洲客运站、 沥滘（地铁换 乘站）庐山站、南 （铁路枢纽干线铁路的 衔接与京沪高速、京 沪线衔接，可跨 线直通与武广、广深港 客专衔接，长途 车跨线降速运 行与京沪高速、 京沪线衔接， 可跨线直通暂无与武九线、 线衔接，与 线南昌北 - 段共线，可 直通城轨的衔接与北京、天津市 城轨线路通过旅 客换乘衔接与广州市城轨 线路通过旅客 换乘衔接与南京、上海 市城轨线路通 过旅客换乘衔 接与广州、佛山 城轨线路通过 旅客换乘衔接暂无车辆型号国铁 CRH2 、CRH3 国铁 CRH1 国铁 CRH3 地铁 B
15、型车跨线车 SS9 际车动车 CRH1 、CR 引供电制式单相工频单相工频单相工频直流 1500V 单相工频25kV交流25kV交流25kV交流25kV交流牵引网供电方 式AT供电TRNF 供电AT供电- TRNF 供电接触网悬挂方 式全补偿简单链形 悬挂全补偿简单链 形悬挂全补偿简单链 形悬挂刚性悬挂全补偿简单链 形悬挂按广义上的定义， 上表中各线均属城际轨道交通，其各自所独有的功能定位 所决定的技术标准和工程特点，如速度目标值、 行车组织及运营管理、 车辆编组 及性能要求、站间距、换乘接驳点、线路走向、线路实施或规划延伸长度、投资 及建设运营主体等方面均会有所区别，这些方面决定了每条线路最
16、终采用了适合 本线及整个线网的牵引供电制式。有的城际轨道交通项目 （如穗莞深城际） 在前 期研究时，最初由于上述各方面不像一条高速客专 （比如武广客专、广深港客专）、 一般铁路（比如武广铁路、广深铁路）、城市轨道交通（比如广州、深圳地铁） 那样清晰和具体，个别关键要素甚至未来延伸和发展也不像上表中城际轨道交通 那样明确，使其在规划及决策实施阶段， 究竟应采用何种牵引供电制式难以抉择， 往往会成为焦点或专题提出。4 决定牵引供电制式选择的相关因素4.1 线网衔接关系此因素由城际轨道交通项目的线网地位决定，体现在线路起终点选取、 行车 交路开行、 换乘站选取、 未来延伸方向等方面。 城际轨道交通与相邻线路的衔接 方式有旅客换乘衔接和运输组织衔接两种模式。旅客换乘衔接是指旅客换乘车站 的通道或并站台设置， 在短时间内实现跨线换乘。 运输组织衔接是指通过联络线、 合理运输组织方案和调度指挥，实现列车跨线运行，以缩短旅行时间。从表2 可看出，如城际需与干线铁路列车相互跨线直通运行时，则采用交流供电制式， 如京津、沪宁、广珠城际等。 若在衔接站通过旅客换乘
