現代有軌電車車輛選型初步研究

郭　濤

（北京市地鐵運營有限公司運營二分公司，北京 100079）

現代有軌電車車輛選型初步研究

郭濤

（北京市地鐵運營有限公司運營二分公司，北京 100079）

本文確定了現代有軌電車選型的原則，通過對低地板類型、供電制式、線路條件3個方面進行比較分析，提出車輛選型的結論，為有軌電車規劃及車型選擇提供參考。

現代有軌電車；車輛選型；選擇；影響

日前，城市軌道交通持續快速發展。現代有軌電車作為城市軌道交通的選擇之一，近年來持續快速規劃和建設。據相關資料報道，目前我國超過30萬人口的城市幾乎都在規劃建設有軌電車線路。其中有軌電車的車輛選型影響整個城市的車型統一及交通規劃。本文針對有軌電車車輛選型進行綜合初步研究。

1.有軌電車概述

現代有軌電車是指主要在地面敷設軌道，采用電力牽引的低地板有軌電車，以部分獨立或完全共享路權形式、人工駕駛、信號優先控制方式運行，輸送能力介于傳統公交及輕軌之間的中運量快速公交系統。

有別于傳統有軌電車，20世紀70年代以來大容量、現代化、低地板的車輛，靈活的路權，優化的信號等有軌電車整個系統的技術革新和進步顯著提升了有軌電車的速度、可靠性、舒適度和安全性。

2.車輛選型原則

車輛型式的選擇是有軌電車系統整體方案確定的關鍵因素之一，它不僅影響系統的運能，而且對工程造價、運營成本有很大的影響。車輛形式的確定是選擇線路技術標準的基礎，是確定相關土建工程和設備規模的主要依據，同時車輛制式也與運營模式和管理模式密切相關。合理選用車輛及其技術條件是控制工程投資、降低運營成本和提高運營效益的最有效最直接的途徑之一。系統的選擇應有以下原則：

（1）車輛造型要美觀、現代，與整個地區區域的定位相匹配，能夠展示該地區的風貌，形成景觀型交通走廊。

（2）適應該條有軌電車線的自然環境、線路條件。

（3）應考慮有軌電車的無障礙性。

（4）車輛運營的安全性、可靠性、舒適性。

（5）車輛技術先進、性能優越、經濟合理。

3.有軌電車低地板覆蓋率的選擇

現代有軌電車按照車內低地板覆蓋率來分，分為70%低地板有軌電車與100%低地板有軌電車。

70%低地板有軌電車是采用傳統輪對的動力轉向架與獨立旋轉車輪（簡稱獨立車輪）的非動力轉向架，低地板面積占整車的60%～70%。

100%低地板有軌電車采用全低地板技術，采用獨立輪動力轉向架（或小輪徑非獨立輪對動力轉向架），通過降低動力轉向架處地板面高度，全面擴展低地板面積，縮短乘客上車、下車、換乘和車輛停靠時間，尤其方便了老人、兒童、殘疾人群和攜帶物品乘客的乘坐。

100%低地板有軌電車與70%低地板有軌電車的區別主要在于轉向架的技術更為先進。為了使車輛地板面平坦無障礙化水平高，需要降低轉向架區域的地板面高度。100%低地板有軌電車取消傳統轉向架中連接車輪的車軸；或采用使地板面高度更低的非獨立輪轉向架。同時，將位于傳統轉向架車軸部位的牽引電機放置于轉向架兩側的前后輪對之間，為轉向架中心部位留出降低地板高度的空間。

此外，由于低地板有軌電車技術平臺不同，70%低地板有軌電車與100%低地板有軌電車的車輛長度及載客量存在差別。100%低地板有軌電車的編組形式更為多樣化，同等級車輛更長，載客量更大，地板面高度更為人性化，可選擇供貨商數量更多。

綜合比較分析，70%有軌電車由于轉向架處地板面比非轉向架處地板面高300mm左右，并且轉向架處地板面座席較多，乘客走到轉向架處地板面需要走上臺階，但這對于行動不便的老年人、殘疾人以及嬰兒車在車內的行動帶來很大的不便。隨著轉向架的技術發展后，轉向架處地板面高度可降低到與非轉向架處地板面水平或近似水平，即產生了100%低地板有軌電車。解決了上述特殊乘客的出行乘坐需求。

100%低地板有軌電車購置費較70%有軌電車違約500萬/列車，但由于技術平臺不同，同模塊級別的70%有軌電車較100%有軌電車長度短，配屬車輛數量有所增加。因此70%和100%低地板車輛的投資成本相對持平。

基于上述考慮，現代有軌電車車輛推薦采用100%低地板有軌電車。符合有軌電車的發展方向。

4.不同供電制式的車輛選擇

有軌電車的供電制式大體分為3類：接觸網供電、地面嵌入式供電、車載儲能式供電。

4.1接觸網供電

有軌電車全線設有架空接觸網。車輛通過車頂受電弓受電為有軌電車提供牽引及輔助電源。此種供電方式具有技術成熟、應用業績、廣泛車輛救援能力強等特點。

4.2地面嵌入式供電

地面嵌入式供電系統主要有APS系統、電磁感應（primove）系統和安薩爾多公司研制的TramWave（創威）系統。均通過地面兩軌之間的地面嵌入電源，通過不同的傳輸途徑，傳輸至車輛受電系統，完成車地電源傳輸。地面嵌入式供電均為國外企業核心技術，技術難度及安裝條件較高。

地面嵌入式供電的方式可全部取消架空接觸網，提高城市景觀性，并且可以靈活地設置供電路段。但由于地面嵌入式供電制式國內無自主知識產權，技術完全由國外供貨商壟斷；供電設備技術結構復雜，成本高，技術成熟度較低。此外，地面供電使用條件有所限制，在有暴雨、暴雪天氣的地區，雨、雪、污物都可能導致供電設備故障率升高。結合我國中部、東部城市大多屬于季風性氣候，雨季降雨量較大，并且部分城市排水系統老化，易造成排水不暢。因此地面供電系統不適合在我國既有路面敷設。

4.3車載儲能式供電

儲能式供電是通過在車站設置架空接觸網，車輛僅在車站通過充電站給車載儲能裝置充電；在線路無網運行時，采用儲能系統存儲的能量供電運行。目前儲能裝置主要有蓄電池兩種方式。

（1）超級電容

超級電容儲能具有充放電速度快、時間短、牽引輸出功率大、使用壽命較長、制動能量回收率較高、維護工作量小、分散充電對城市電網的供電質量無影響等優點。缺點是全線無網超級電容儲能車輛購置費較高，車載超級電容數量較多，若采用站臺充電區間無網運行的模式，每列車需裝約2000個超級電容，需要在每8～10年更換整套超級電容，后期維護成本較高。目前廣州海珠線、寧波有軌電車、江蘇淮安有軌電車項目采用全線無網超級電容儲能車輛。

（2）蓄電池

蓄電池儲能具有儲能量大、充放電平穩等優點，但較難適應有軌電車牽引輸出功率大、快速充放電的運行需求，在車站的充電時間需要45s以上，制動能量回收率較低，車站接觸網的長度較長，并且維護工作量大、電池回收成本高等不足。目前南京有軌電車采用蓄電池儲能有軌電車。

下面從技術參數來對接觸網供電、超級電容儲能及蓄電池儲能車輛進行比較，見表1。

從比較中分析，蓄電池容量雖然較大，蓄電池儲能有軌電車雖然無網運行距離達到4km～5km。但由于蓄電池無法快速沖電快速放電，在無網運行時的最高運行速度僅能達到50km/h，且無網條件下的平均啟動加速度無法達到1.0m/s2。其在車站的充電時間較長，達到40s～50s，無法滿足有軌電車站停時間短的需求。這些技術條件均使蓄電池儲能有軌電車無網運行距離長的優勢耗費代價過大。

蓄電池存儲電量高，但放電電流偏小，因此在無網運行時需要限速運行。再生制動能量回收率僅30%。且電池的廢物廢液處理成本高。

超級電容存儲電量較蓄電池偏低，但放電電流大，充電時間短、維護方便、功率密度高，雖然超級電容儲存容量比蓄電池低，無網運行距離一般約為2km～3km，但容量基本可以滿足有軌電車的線路條件。在建項目中選擇超級電容儲能有軌電車較多，近兩年具有廣泛應用業績。

圖1　 70%低地板有軌電車　

圖2　 100%低地板有軌電車

表1　不同供電制式車輛的技術參數分析

5.線路條件對不同供電制式的影響

（1）輕軌下穿城市主干線立交橋

在線路規劃中，有軌電車線路存在需要下穿主干線立交橋的可能，若在橋下架設接觸網，環路輔路將被架空接觸網橫穿，即環路輔路車輛通行被強制限高至4m左右，對于長期有高層客運、貨運車輛通行環路輔路，此限高不能滿足高速公路車輛通行的要求。另外，在橋下，車輛受電弓工作高度將低于最低高度要求3.9m，且橫穿主環路架設接觸網為供電施工帶來不便。因此在下穿立交橋處應考慮為無接觸網線路。

（2）途徑市政景觀要求高或大型街口或環島的區域

由于架空接觸網需貫穿有軌電車線路兩根供電線纜，對于景觀要求很高的市政地區，架空接觸網很容易影響市政美觀度，不符合當地的景觀要求。從市政景觀角度考慮，美觀度高的線路區域不適合架設架空接觸網。

線路途徑大型十字街口、大型環島區域，在街口或環島處設置架空接觸網較為困難，也不美觀，因此在這些區域也應考慮為無網運行。

綜上分析，線路規劃一般不可避免要經過這些區域，該區域需要不設置架空接觸網，因此有軌電車車輛需要帶有儲能裝置。在接觸網運行時儲存電能，在短距離無網運行時由車載儲能裝置釋放電能運行。而超級電容儲能有軌電車和蓄電池儲能有軌電車不受該線路條件影響。

從比較中分析，若線路具備接觸網供電的條件，優先推薦接觸網供電制式，接觸網供電的車輛技術成熟、可靠性很高、應用業績廣泛、車輛重量輕、無充電時間要求、車輛投資低等。但對景觀要求較高地區對景觀影響較大。

6.選型結論

通過對比70%及100%有軌電車的優缺點，分析不同供電制式車輛的優缺點，考慮線路條件對車輛的影響，可綜合分析出該條線路的車輛初步選型。從目前建設、運營經驗及車輛節省投資角度考慮，推薦采用接觸網+小型儲能裝置供電制式有軌電車；從新城景觀、節能環保和無網供電現代有軌電車發展趨勢考慮，推薦采用超級電容儲能有軌電車。

［1］Dennis Schulz.中國有軌電車交通的快速發展［J］.電氣牽引，2015：3.

［2］何治新.現代有軌電車牽引供電方式的選擇［J］.城市軌道交通研究，2013：105-108+113.

［3］沈繼強.現代有軌電車車輛選型和供電方式［J］.中國市政工程，2012：68-71+ 75+115.

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