DC3000V 牽引供電制式研究

胡冰

（中鐵第五勘察設(shè)計院集團有限公司，北京 100000）

市域軌道交通的功能定位介于鐵路與地鐵之間，通常用于聯(lián)接中心城區(qū)與郊區(qū)或城區(qū)與衛(wèi)星城市之間，為兩者提供速度快、運量大的公交化公共交通服務(wù)方式的城市軌道交通系統(tǒng)。

市域軌道交通與地鐵相比，市域軌道交通具有車站站間距大、運行速度快的特點，因此，牽引供電負荷需求比地鐵要更大。若采用DC750/DC1500V 牽引供電制式，為滿足車輛運行及相關(guān)規(guī)范要求，需設(shè)置較多的牽引變電所，初期建設(shè)成本增加，且市域軌道交通站間距較大，部分牽引變電所無法與車站合建，區(qū)間牽引所的設(shè)置增加了后期運營維護的成本。

市域軌道交通與鐵路工程相比，市域軌道交通速度較低，通常速度在160km/h 以下，車輛為8 節(jié)編組，因此，牽引供電負荷需求比鐵路工程要小。市域軌道交通線路站間距與鐵路工程相比要小，且部分線路不可避免需設(shè)置在城市范圍內(nèi)，若采用AC25kV 供電制式對地下隧道斷面開挖要求大，工程投資較大。由此可見，鐵路和地鐵的牽引供電制式對于市域軌道交通工程而言，均有不足之處。根據(jù)IEC 及UIC 中有關(guān)電壓制式的規(guī)定，有600V、750V、1500V、3000V 四種直流電壓制式和25kV，50Hz 一種交流電壓制式。我國GB50157《地鐵設(shè)計規(guī)范》、GB3317《電力機車通用技術(shù)條件》等相關(guān)標準規(guī)定：城市軌道交通車輛供電制式為DC750V、DC1500V；電氣化鐵路供電制式為25kV、50Hz。

現(xiàn)階段，我國軌道交通主要包含鐵路和地鐵，鐵路普遍采用AC25kV，地鐵普遍采用DC750V、DC1500V 牽引供電制式。針對市域軌道交通速度快、車站站間距大的工程特點，在市域軌道交通采用DC3000V 牽引供電制式進行技術(shù)探討，分析了DC3000V 牽引供電制式的供電能力、接觸網(wǎng)安裝方案、關(guān)鍵設(shè)備國產(chǎn)化情況，定性分析了經(jīng)濟性。

1 國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀

DC3000V 在國際上是一種較為成熟的供電制式，目前在法國、意大利及前蘇聯(lián)以及歐洲地區(qū)的一些國家干線電氣化鐵路均有采用DC3000V 供電制式的線路。截至目前我國尚未有DC3000V 供電制式的運營實例，但在部分機車車輛廠的實驗線路上已有建成并運行的先例，例如，長春機車車輛廠動車實驗線工程即采用了DC750V/DC1500V 和DC3000V 三種供電制式。

2 牽引網(wǎng)類型與電壓等級的關(guān)系

牽引網(wǎng)分架空接觸網(wǎng)和接觸軌兩種方式。牽引網(wǎng)類型與電壓等級密切相關(guān)。目前，牽引網(wǎng)供電制式分以下六種方式：DC750V 接觸軌、DC750V 架空接觸網(wǎng)、DC1500V 接觸軌、DC1500V 架空接觸網(wǎng)、DC3000V 接觸軌、DC3000V 架空接觸網(wǎng)。對于一個具體的城市，牽引網(wǎng)類型與電壓等級的選擇應(yīng)該結(jié)合多種因數(shù)統(tǒng)一考慮。

（1）速度目標值及站間距。城市軌道交通工程速度目標值的選擇與線路的長度及功能、時間目標值、站間距等因素密切相關(guān)。選擇合理的速度目標值是城市軌道交通設(shè)計的基礎(chǔ)。線路總長度長，為了保證乘客出行效率，一般選用較高的目標速度，而目標速度越高的車輛，其加減速距離越長。為保證列車牽引性能及經(jīng)濟性，最高速度運行長度應(yīng)占車站間距較大比重（宜占一半以上），因此，建議的不同速度目標值對應(yīng)平均站間距如表1 所示。

表1 不同速度目標值對應(yīng)平均站間距

（2）不同速度目標值對于機車功率影響。眾所周知，機車速度越高，運行的阻力越大，機車要求的功率越大。不同速度等級對牽引供電制式選擇的影響如下(表2)。

（3）小結(jié)。對于市區(qū)內(nèi)的城市軌道交通線路，因為車站站間距短，直流牽引地鐵車輛的牽引電機可頻繁進行加、減速，且最高速度目標值一般在80km/h 以下，各站間距一般在1.4km 左右，采用DC750V 和DC1500V 從運營經(jīng)濟型、可靠性、維護性等均有優(yōu)勢。但對于市域軌道交通線路，車站站間距較長，一般4 ～7km，運營速度要求較高，一般在120 ～160km/h。在這種情況下，DC750V 供電系統(tǒng)在弓網(wǎng)受流、牽引整流設(shè)備配套等方面已不滿足要求。根據(jù)國內(nèi)外運行情況分析，一般來說，機車速度在80 ～120km/h 多采用DC1500 供電方式，在120 ～160km 多采用DC3000V 供電方式。供電制式為AC25kV 的牽引供電系統(tǒng)也可用于100 ～160km/h 市域軌道交通工程。

3 DC3000V 優(yōu)勢體現(xiàn)

（1）制造能力。針對DC3000V 電壓等級，首先，對國內(nèi)知名生產(chǎn)直流開關(guān)柜的廠家進行了咨詢，研究發(fā)現(xiàn)，雖然國內(nèi)目前DC3000V 電壓等級的開關(guān)柜沒有應(yīng)用，但是，開關(guān)柜制造及供貨時間都沒有問題。

表2 不同速度等級對牽引供電制式選擇的影響

（2）價格。通過調(diào)研，DC3000V 電壓等級直流開關(guān)柜比現(xiàn)有DC1500V 電壓等級直流開關(guān)柜價格增加15 萬左右，4500kW 的整流器比現(xiàn)有整流器價格增加5 萬左右，整流變壓器方面價格基本沒影響。

但是，DC3000V 供電距離較DC1500V 約增大一倍，因此在線路中間設(shè)置的區(qū)間牽引變電所數(shù)量明顯減少。總體來看，DC3000V 具有較好的經(jīng)濟效益。

（3）國產(chǎn)化。除直流斷路器需要國外進口以外，整流器與整流變均可國產(chǎn)化。不過，對于容量超過4400kVA 的整流變壓器目前還沒有應(yīng)用，需要做相關(guān)試驗。

（4）電能損耗。采用DC3000V 電壓制式的車輛由于其電壓比DC1500V 高，牽引網(wǎng)的損耗要較小，且兩種車輛重量基本一樣，所以牽引能耗沒有明顯差異，因此，DC3000V 供電制式與DC1500V 供電制式相比具有一定的優(yōu)勢。

綜上所述，DC3000V 牽引供電制式作為一項全新的技術(shù)，在各方面都具有很大的優(yōu)勢。DC3000V 牽引供電制式為市域軌道交通牽引供電制式增加了一個新的選項。

4 結(jié)論與建議

DC3000V 牽引供電制式是我國城市軌道交通的一項新技術(shù)，適用于介于鐵路與地鐵之間且具有速度快、車站站間距大等特點的市域軌道交通，也可用于具有上述特點的城市軌道交通。