摘要：根据目前我国铁路采用AC25kV、地铁普遍采用DC1500V、DC750V供电制式的现状，对于市域轨道交通速度快、站间距大的工程特点，本文对市域轨道交通采用DC3000V牵引供电制式进行了技术探讨，分析了DC3000V供电制式的供电能力、接触网安装方案、关键设备国产化情况、车辆国产化情况，定性分析了经济性。DC3000V比较适合在定位于铁路与地铁之间、具有速度快、站间距大等特点的市域轨道交通中应用的一种全新牵引供电制式，增加了我国市域轨道交通供电制式的选择选择范围。
关键词：市域轨道交通；DC3000V；牵引供电制式；探讨
 
        1    引言
        目前我国的轨道交通主要以铁路及地铁为主，其中铁路的牵引供电制式为AC25kV，地铁牵引供电制式为DC1500V或DC750V。AC25kV供电制式适用于运量大、负荷大、速度高、运输距离长的铁路线路，采用该供电制式可以大量减少牵引变电所及城市电源引入数量，牵引网载流截面小，可以节约供电系统投资。但由于电压等级高，其绝缘距离要求较大，在地下区段对隧道断面提出更大要求，相应土建投资较大。DC1500V或DC750V供电制适用于列车功率不大、供电半径较小、行车密度高、车站间距小、启动频繁的地铁工程。由于电压等级低、绝缘距离相对较小，因此土建投资较小，无论在城市地上还是地下，地铁工程采用这种供电方式都具有优势，这也是世界范围内地铁普遍采用点电压等级相对较低直流供电方式的一个原因。
        市域轨道交通的功能及定位介于铁路和地铁之间，通常指联接中心城区与郊区或中心城区与卫星城之间，为两者之间客流提供快速、大容量、公交化公共交通服务方式的轨道交通系统。近年来，随着我国社会经济的快速发展，市域轨道交通加入到轨道交通建设行列。目前很多城市开始规划和建设市域轨道交通。相比地铁而言，市域轨道交通具有站间距大、速度快、容量大的特点，牵引供电负荷相比地铁工程要更大。当采用地铁供电制式时，需要设置较多牵引变电所，不仅增加初期建设投资，也会增加后期的运营维护成本。此外市域轨道交通站间距通常比地铁大，牵引所无法全部设在车站内，而区间牵引变电所也会给运营维护带来一定困难。另一方面，市域轨道交通与铁路工程相比速度较低，通常在160km/h以下，编组一般为8节左右，因此牵引负荷比铁路工程要小。市域轨道交通站间距与铁路工程相比要小很多，且通常不可避免有部分区段在城市范围内，AC25kV供电制式对土建工程量要求大，尤其地下区段工程建设难度及工程投资都大，工程实施受制约较多。目前我国仅个别城市的地下铁路联络线采用了AC25kV供电制式。可见，铁路和地铁的牵引供电制式对于市域轨道交通工程而言，均有不足之处。
        从牵引供电角度，针对市域轨道交通的特点，DC3000V是一种比较可行的供电制式。DC3000V在国际上是一种成熟的供电制式，目前在前苏联以及欧洲地区的一些国家干线电气化铁路有采用DC3000V供电的线路，但我国尚未有DC3000V供电制式的应用实例。因此本文对DC3000V在市域轨道交通的应用进行了技术探讨，分析了DC3000V供电制式的供电能力、接触网安装方案、关键设备国产化情况、车辆国产化情况，并对经济性进行了定性分析。
        2    DC3000V系统牵引供电能力分析
        DC3000V供电系统与DC1500V、DC750V系统相比，具有供电电压更高，牵引变电所数量较少的特点。DC750V系统目前国内除既有线路延伸外基本不再采用，为了简要说明DC3000V系统的供电能力，本文以某规划市域轨道交通为例，将DC3000V供电系统与DC1500V供电系统的牵引供电能力进行对比分析。
        该工程线路总长约48km，全线设车站5座，平均站间距约10.86km，车站情况详见表1。根据规划方案，该工程车辆采用S型车，8辆编组，最大运行速度为160km/h，采用用单一交路，最短发车间隔为3min。        经过仿真模拟计算，当采用DC1500V牵引供电制式时，以下牵引变电所设计可满足本工程供电需求，即车站附近的牵引变电所间距为2~2.5km，区间变电所的大双边供电间距为6～6.5km，考虑末端牵引变电所解列时只能采用单边供电，末端牵引供电区间控制在1.5km左右。当采用DC3000V牵引供电制式时，则牵引变电所间距一般在4~6km之间，大双边供电距离在12km左右，末端牵引供电区间在3000m左右。两种供电制式正线牵引变电所设置情况如表2所示。

供电制式	主变电所数量（座）	牵引所数量（座）	区间牵引所数量（座）
DC1500V	3	19	14
DC3000V	3	12	7

        由表2可见，采用DC3000V与DC1500V相比，牵引变电所数量明显减少，且区间牵引变电所数量减少了一半，对控制后期的运营维护成本，缓解区间牵引变电所也会给运营维护带来困难方面也有显著效果。
        另外，根据设计经验，DC1500V牵引供电制式条件下，8节编组A型地铁线路牵引变电所间距一般在2~3km之间，大双边供电间距一般在5～6km之间，单边供电间距控制在1.5～2.5km之间。本工程具有列车运行速度高、站间距大的特点，对应于牵引供电系统则具有列车启动电流大、区间负荷小的特性，因此本工程DC1500V的仿真模拟计算中牵引所供电距离略大也是合理的。
        3    DC3000V接触网方案分析
由于DC3000V电压等级不属于我国轨道交通工程标准电压值，现阶段国内无DC3000V电压等级电气绝缘标准的明确规定。参考国外相关标准的规定，DC3000V接触网的电气绝缘水平和国内DC1500V接触网基本相当，即接触网绝缘子泄漏距离为250mm，静态空气间隙为150mm。
架空接触网通常由支持结构+悬挂导线+附加导线等部分组成， DC3000V接触网的基本构成、安装形式等方面，基本上可与DC1500V接触网一致。地下和地面区段的安装方案可按图1设计。
                         鉴于国内外轨道交通线路运营环境的差异，在参考国外相关标准的基础上，具体工程中如果安装空间允许，建议适当提高接触网设备的绝缘标准，即DC3000V接触网绝缘子的爬电距离不宜小于300mm，静态空气间隙为200mm。通过对接触网绝缘子主要供货商的技术咨询，柔性悬挂腕臂绝缘子和刚性悬挂针式绝缘子整体长度基本不变，伞群直径略微加大即可。由于市域轨道交通速度比地铁要快，为了减少空气阻力隧道断面要适当增大，因此接触网绝缘标准的适当增加不会增加土建工程投资。
DC3000V架空接触网与DC1500V架空接触网相比，在受流质量方面基本相同。其中，架空刚性悬挂结构简单、紧凑，通过进一步进行系统优化，能够适应速度160km/h快速受流的要求；简单链形悬挂快速受流性能稳定，但其结构较为复杂。这两两种受流方式具有各自的技术优势，同时也有各自的不足，通过借鉴和优化现有成熟技术方案，完全可以适应具体工程的应用要求。
        其他方面如行车安全可靠性、导线磨耗及使用寿命、运营管理、环境适应性等方面，DC3000V接触网与DC1500V接触网基本无差别。
        4    关键设备国产化分析
        由于我国没有DC3000V供电制式工程应用实例，关键设备的国产化是制约该供电制式能否成功应用的一个重要因素。通过调研，本文对国内市场相关设备的国产化可行性进行了分析，主要涉及关键设备、接触网零部件两方面。
关键设备方面，由于DC3000V电气绝缘水平DC1500V基本相当，而DC1500V相关设备在我国有着成熟的生产制造经验，DC3000V设备的生产制造从技术角度分析没有太大困难。根据国内主要设备厂家反馈信息，除了直流断路器等关键部件需要采购进口产品外，其它如整流器、整流变等设备目前都可进行国产化研制。主要制约条件是我国缺少DC3000V电压等级相配套的有关生产及试验标准。
        接触网零部件方面，通过国内多条地铁线路的实施，DC1500V接触网已经形成了完整、成熟的设备及零部件系统。接触网设备及零部件的技术条件主要包括机械性能和电气性能两个方面。DC3000V接触网机械性能与DC1500V电压等级完全相同，电气性能主要区别是各类设备和零部件的电气绝缘性能适当提高。因此，通过优化和提升现有DC1500V接触网零部件的绝缘标准，完全可以解决DC3000V接触网设备及零部件配套问题。
        5    DC3000V车辆国产化分析
DC3000V电气绝缘水平与DC1500V基本相当，该类型车辆从技术角度没有不可克服的难点。通过初步调研，我国南京浦镇车辆厂已经具备DC3000V车辆生产制造能力，并为格鲁吉亚生产过该电压等级的车辆。依照我国轨道交通车辆的技术发展水平和研发制造能力，研发DC3000V系列受流制式的车辆从技术上是完全可行的。
                                                                              6    经济性分析
        DC3000V牵引供电制式做为一种全新的技术方案，由于尚未有工程应用案例，因此进行较为详细的、定量的经济性分析有一定的困难，因此本文将DC3000V牵引供电制式下的牵引供电及车辆投资与DC1500V进行对比，定性地分析DC3000V牵引供电制式的经济性。
通过前面的分析，接触网部分的工程投资与DC1500V相比基本一致，只是关键设备需要进行试制研发，初期制造成本会有所增加。但DC3000V供电时牵引变电所数量大为减少，节省下的投资完全可抵消设备制造成本的增加。而车辆方面的工程投资，本文通过初步调研，由于绝缘等级基本一致，DC3000V牵引供电制式车辆与DC1500V车辆相比造价基本相当。
        因此总体而言，牵引供电和车辆方面的投资估算，DC3000V牵引供电制式可按与DC1500V制式相同考虑。
        7    结束语
        DC3000V牵引供电制式对于我国轨道交通领域而言，是一项全新的技术，比较适合定位于铁路与地铁之间、具有速度快、站间距大等特点的市域轨道交通中应用。DC3000V牵引供电制式的提出增加了我国市域轨道交通牵引供电制式的选择范围。但是应该看到，由于该供电制式在国内技术标准规范中缺少相应的规定，因此建议我国尽快开展牵引供电、车辆等相关专业的深入技术研究，制定或完善与其配套的技术标准规范，研发有关技术设备，为该供电制式的推广应用做好相应的技术储备。
 
 
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 （来源：2015中国天津区域轨道交通发展及装备关键技术论坛暨第24届地铁学术交流会论文集）