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摘要：轨道交通的车站间距、设计速度目标值等介于干线铁路和城市轨道交通之间，其供电制式的选择直接影响到所建线路的技术和建设标准。不同的供电制式具有不同的特征及故障处理方式，这对市域轨道交通的运营服务水平和可靠性会产生影响。结合不同牵引供电制式的技术特点，对市域轨道交通牵引供电制式选择进行了分析，提出了市域轨道交通牵引供电制式的优化方案。交流牵引供电与刚性接触网的组合，应成为市域轨道交通隧道区段牵引供电制式的发展方向之一。
关键词：市域轨道交通；供电制式；DC3000V
1、新型轨道交通牵引供电制式研究索引
市域轨道交通的功能定位介于铁路与地铁之间，通常用于连接中心城区与郊区或城区与卫星城市之间，为两者提供速度快、运量大的公交化公共交通服务方式的城市轨道交通系统。
市域轨道交通与地铁相比，市域轨道交通具有车站站间距大、运行速度快的特点，因此，牵引供电负荷需求比地铁要更大。若采用DC750/DC1500V牵引供电制式，为满足车辆运行及相关规范要求，需设置较多的牵引变电所，初期建设成本增加，且是域轨道交通站间距较大，部分牵引变电所无法与车站合建，区间牵引所的设置增加了后期运营维护的成本。市域轨道交通与铁路工程相比，市域轨道交通速度较低，通常速度在160km/h以下，车辆为8节编组，因此，牵引供电负荷需求比铁路工程要小。市域轨道交通线路站间距与铁路工程相比要小，且部分线路不可避免需设置在城市范围内，若采用AC25kV供电制式对地下隧道断面开挖要求大，工程投资较大。由此可见，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。根据IEC及UIC中有关电压制式的规定，有600V、750V、1500V、3000V四种直流电压制式和25kV，50Hz一种交流电压制式。我国GB50157《地铁设计规范》、GB3317《电力机车通用技术条件》等相关标准规定：城市轨道交通车辆供电制式为DC750V、DC1500V；电气化铁路供电制式为25kV、50Hz。现阶段，我国轨道交通主要包含铁路和地铁，铁路普遍采用AC25kV，地铁普遍采用DC750V、DC1500V牵引供电制式。针对市域轨道交通速度快、车站站间距大的工程特点，在市域轨道交通采用DC3000V牵引供电制式进行技术探讨，分析了DC3000V牵引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，定性分析了经济性。
2、国内外技术现状
DC3000V在国际上是一种较为成熟的供电制式，目前在法国、意大利及前苏联以及欧洲地区的一些国家干线电气化铁路均有采用DC3000V供电制式的线路。截至目前我国尚未有DC3000V供电制式的运营实例，但在部分机车车辆厂的实验线路上已有建成并运行的先例，例如，长春机车车辆厂动车实验线工程即采用了DC750V/DC1500V和DC3000V三种供电制式。
3、牵引网类型与电压等级的关系
牵引网分架空接触网和接触轨两种方式。牵引网类型与电压等级密切相关。目前，牵引网供电制式分以下六种方式：DC750V接触轨、DC750V架空接触网、DC1500V接触轨、DC1500V架空接触网、DC3000V接触轨、DC3000V架空接触网。对于一个具体的城市，牵引网类型与电压等级的选择应该结合多种因数统一考虑。
（1）速度目标值及站间距。城市轨道交通工程速度目标值的选择与线路的长度及功能、时间目标值、站间距等因素密切相关。选择合理的速度目标值是城市轨道交通设计的基础。线路总长度长，为了保证乘客出行效率，一般选用较高的目标速度，而目标速度越高的车辆，其加减速距离越长。为保证列车牵引性能及经济性，最高速度运行长度应占车站间距较大比重（宜占一半以上）。
（2）不同速度目标值对于机车功率影响。众所周知，机车速度越高，运行的阻力越大，机车要求的功率越大。不同速度等级对牵引供电制式选择的影响如下（表1）。
（3）小结。对于市区内的城市轨道交通线路，因为车站站间距短，直流牵引地铁车辆的牵引电机可频繁进行加、减速，且最高速度目标值一般在80km/h以下，各站间距一般在1.4km左右，采用DC750V和DC1500V从运营经济型、可靠性、维护性等均有优势。但对于市域轨道交通线路，车站站间距较长，一般4～7km，运营速度要求较高，一般在120～160km/h。在这种情况下，DC750V供电系统在弓网受流、牵引整流设备配套等方面已不满足要求。根据国内外运行情况分析，一般来说，机车速度在80～120km/h多采用DC1500供电方式，在120～160km多采用DC3000V供电方式。供电制式为AC25kV的牵引供电系统也可用于100～160km/h市域轨道交通工程。
4、DC3000V优势体现
（1）制造能力。针对DC3000V电压等级，首先，对国内知名生产直流开关柜的厂家进行了咨询，研究发现，虽然国内目前DC3000V电压等级的开关柜没有应用，但是，开关
柜制造及供货时间都没有问题。
表1不同速度等级对牵引供电制式选择的影响
（2）价格。通过调研，DC3000V电压等级直流开关柜比现有DC1500V电压等级直流开关柜价格增加15万左右，4500kW的整流器比现有整流器价格增加5万左右，整流变压器方面价格基本没影响。但是，DC3000V供电距离较DC1500V约增大一倍，因此在线路中间设置的区间牵引变电所数量明显减少。总体来看，DC3000V具有较好的经济效益。
（3）国产化。除直流断路器需要国外进口以外，整流器与整流变均可国产化。不过，对于容量超过4400kVA的整流变压器目前还没有应用，需要做相关试验。
（4）电能损耗。采用DC3000V电压制式的车辆由于其电压比DC1500V高，牵引网的损耗要较小，且两种车辆重量基本一样，所以牵引能耗没有明显差异，因此，DC3000V供电制式与DC1500V供电制式相比具有一定的优势。
综上所述，DC3000V牵引供电制式作为一项全新的技术，在各方面都具有很大的优势。DC3000V牵引供电制式为市域轨道交通牵引供电制式增加了一个新的选项。
5、结论与建议
本文介绍了国内城市轨道交通牵引供电制式的现状，阐明了目前各牵引供电制式普遍存在的问题，论述了牵引供电制式的选择原则，分析了国内外技术现状。提出了采用牵引供电方式的牵引网类型与电压等级的关系和优势，以期后期能够更好地完善新型轨道交通牵引供电制式的研究和投入使用。
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