双流制市域铁路车辆技术研究

 双流制市域铁路车辆技术研究

何彬

中铁第四勘察设计院集团有限公司  湖北武汉  430000

【摘要】随着服务于中心城与外围卫星城镇的市域铁路不断发展，加强市域（郊）铁路与城市轨道交通一体化衔接，充分发挥轨道交通网络整体效益的需求十分迫切。为实现市域铁路与地铁线路的贯通运营，分析国内外交流和直流两种供电制式下的双流制式车辆技术应用情况，研究市域铁路列车贯通运营进入城市轨道交通的车辆关键技术，为国内市域与地铁贯通运营建设提供了参考。

【关键词】市域铁路；地铁车辆；双流制；贯通运营

引言

 市域铁路是连接中心城区与周边城镇，为通勤客流提供大运量、快速度运输服务的轨道交通系统。为了适应我国区域轨道交通一体化与互联互通的发展理念，需要重视市域铁路和城市轨道交通的衔接问题。本文将通过车辆角度研究市域铁路与地铁互联互通技术，并提出双流制式车辆解决方案，为不同制式轨道交通的贯通运营提供参考。

1  现状研究

国外典型双流制式轨道车辆案例如：日本筑波快线2005年8月开通运营，秋叶原-守谷区间采用DC1500V供电，守谷-筑波区间采用20kV供电，车辆分为直流车、双流制车。直流车行驶在秋叶原-守谷区间，交直双流车则服务于全线。但仅解决了交直两种供电制式的切换问题，且车辆只在本线运营，没有与其他线路贯通运营。法国的南特—沙托布里扬铁路是通过司机人工操作的方式切换供电制式，操作比较复杂。

在国内，重庆市郊铁路江跳线是中国国内首条商用双流制市域（郊）铁路，于2022年8月6日开通运营。双流制技术在国内贯通运营的主要障碍是市域列车限界超限、轴重超重、交直2种受电如何转换等问题有待突破。

2  贯通运营列车关键技术

2.1 车辆

2.1.1车辆选型

相较常规单一供电制式车型，双流制车型将2套牵引供电系统一体化设计，在直流供电系统上增加变压器、整流环节及供电系统切换环节，对车下空间要求更高。

对于市域铁路与城市轨道交通的贯通运营，需要在客流分析的基础上，结合列车车型和定员的选择，合理制定贯通运营列车的编组方案。为了方便运营管理，避免车型、编组等技术参数不一致造成的车辆主要部件周转困难，贯通运营所有线路的列车应该选择相同车型，建议采用相同编组形式列车。

2.1.2双流制车辆轴重减重技术

双流制车辆在直流 A车辆基础上增加四象限变流器、车载变压器、高压供电及保护等交流设备。为适应地铁线路土建条件确保运营安全，双流制车辆应进行轴重的减重设计。为实现双流制车辆减重，主要从均衡设备布局和轻量化方面进行研究。

市域铁路交流车辆变压器常规情况下置于Mp车车下，由于交流高压供电设备均布置于Mp车，导致Mp车严重超出地铁车辆轴重要求。通过对双流制车辆各系统设备整体配重规划，将底架高压设备和变压器分车均衡布置，使整列列车重量最大限度均匀分配至各节车辆上，从而达到降低轴重的目的。

在不降低强度和功能的前提下，双流制车辆就主要设备与系统从选型、结构、材质上实现轻量化，从车体、转向架、内装结构、司机室驾驶设施、车门、空调系统、牵引系统、整车质量分布等设计源头控制各零部件重量，从制造过程管控重量偏差。

2.1.3列车受电方案

市域铁路采用AC25kV供电；地铁采用DC1500V供电。贯通运营应采用适用两种供电方式双流制列车，并设交直流供电系统转换段。

在同样功率下直流系统需要更大的电流，而交流系统需要增加受电弓的质量和接触压力，互联互通线路直流段双受电弓运行，交流段采用单弓运行。在Mp车车顶安装交流与直流相互切换电路的设备，双流制车辆能够实现交流馈电专用电路、直流馈电专用电路跨线运行。

交直流切换方案示意图

1）信号1：车辆接收到信号1时，封锁牵引，断开HB（高速断路器），若HB断开成功，则车辆无动作，若HB断开失败，则车辆自动断开VCB（真空断路器）并降弓。

2）信号2：车辆接收到信号1后，自动屏蔽信号2，若未接收到信号1接收到信号2时，封锁牵引，断开HB，若HB断开成功，则车辆无动作，若HB断开失败，则车辆自动断开VCB并降弓。

3）无电段：HB断开且车辆检测到无网压后，控制ADS（交直流转换开关）由“直流位”切换到“交流位”，若切换成功，则车辆无动作，若切换失败，则车辆施加紧急制动停车。

4）信号3：车辆接收到信号3且检测到ADS打到“交流位”后，控制VCB闭合，解除牵引封锁，若未接收到信号3则车辆检测到有网压且ADS打到“直流位”后，控制VCB闭合，解除牵引封锁；若控制VCB闭合成功，则车辆无动作，若控制VCB闭合失败，则车辆施加紧急制动停车。

2．2限界

市域铁路若与地铁贯通运营，双流制车辆的限界在符合《市域（郊）铁路设计规范》的同时还要适应《地铁设计规范》。因交流受电弓绝缘子比直流受电弓绝缘子高，市域铁路交流接触网高度大于城市地铁直流接触网高度。

交流制式列车最小高度为：客室地板面距离轨面高度+客室净高+车顶结构+受电弓高度。客室地板面距离轨面高度、客室净高与车型及舒适度相关，无压缩空间。车顶结构车顶结构布置风道、空调等设备，在双流制车辆的Mp车车顶设计新型下沉平台式结构，使车辆最大动态包络线符合地铁限界要求。

市域A型车与地铁A型车的限界差别，主要体现在受电弓部分。受电弓落弓高度与受电弓类型、安装结构相关，通过采用新型受电弓、优化安装结构来降低高度。双流制市域A车主要有两种方案：交直流采用一种受电弓，交直流两套牵引系统，地铁接触网导线高度需满足交直流弓的最小工作高度；交直流采用两种受电弓，交直流两套牵引系统，地铁接触网导线高度需满足交流弓最小落弓高度+150mm安全绝缘距离。

市域铁路双流制车辆的长度、宽度、高度及车门数量、地板高度等与地铁车辆保持一致。双流制车辆采用下沉平台式结构和受电弓高度优化，解决了车辆内净空高和限界问题。

3  结论

市域铁路和城市轨道交通互联互通能够有力地促进区域经济发展，提升乘客出行效率和体验。采用双流制车辆技术，使跨制式轨道交通贯通运营成为可能。

双流制车辆落弓高度需满足直流导线与受电弓≥150mm绝缘距离，并应满足地铁建筑限界。双流制车辆宜采用AC25kV和DC1500V供电模式，研究不同供电制式系统转换方案，设置实现转换的过渡段或相关系统分离区。

双流制列车技术未来应在交直流转换和车辆减重方面持续深入研究，以利于在更大范围推广。通过分析贯通运营在车辆方面的技术难点并提出解决方案，为突破市域铁路与地铁贯通提供技术支撑。

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