高速鐵路追蹤間隔標準選擇及供電設施配置研究

郭衛彪,湯 杰,馬保仁,邢曉乾

(1.中國鐵路設計集團有限公司交通運輸規劃研究院,天津 300000； 2.中國鐵路設計集團有限公司電化電信院,天津 300000)

1 研究目的及意義

高速鐵路項目投資大，運營成本高，鐵路工程各系統規模應與客流需求相適應，而運營期追蹤間隔的選擇將影響供電設施的投資和電費成本[1]。

鐵路工程是一個系統工程，高速鐵路追蹤間隔研究方面，田長海等[2]分析了高速列車追蹤間隔時間的計算方法，分析了影響高速列車追蹤間隔時間的因素。凌熙等[3]對高速鐵路追蹤列車間隔時間測試方法進行了研究。鄭維耀等[4]從運營的角度，對列車追蹤策略進行了研究。侯黎明等[5]以實現3 min追蹤間隔為目標，用仿真的方法對影響追蹤間隔的關鍵影響因素進行了分析，提出了主要制約因素包括信號系統、線路條件、列車性能等，為新線路設計提供有效參考。供電系統方面，李群湛、樊偉平等[6]對牽引供電系統、高速鐵路牽引變壓器容量選擇及更換時機進行了研究。陳民武等[7]對高速鐵路牽引變壓器容量的配置方案進行了研究。李倩[8]對高速鐵路牽引變壓器供電能力進行了研究。但對新建鐵路項目應該采用怎樣的追蹤間隔標準，并據此配置鐵路系統設備的系統性研究很少。

當前，我國高速鐵路列車最小追蹤間隔基本按照3 min設計，供電設施也按照3 min標準配置[9]。由于城市規模、分布、經濟發展水平的差異，各線功能定位和在路網中發揮的作用不同，鐵路干線、支線、城市群內的城際鐵路等各線行車量有較大差異[10-11]。我國已建成線路中，有許多線路行車量至今仍然較低，對于行車量較小的線路，供電設施容量存在較大的冗余，造成了供電設施投資和運營費的浪費[12]。經統計分析，目前，石太高鐵全日開行列車61對，最大小時對數5對，最小追蹤間隔大于7 min；武九高鐵，全日開行列車64對，最大小時對數6對，最小追蹤間隔大于7 min；莞惠城際、株潭城際西線、哈齊高鐵最小追蹤間隔也大于7 min。由此可見，相對干線鐵路，我國支線及城際鐵路列車對數普遍不高，列車行車間隔也多在5 min以上，4～5 min追蹤間隔標準完全可以滿足行車量需求，如所有高速鐵路項目一味采用與國鐵干線一致的3 min最小行車間隔標準，將造成供電設備投資的浪費和鐵路運營費用的增加[13]。因此，根據高速鐵路項目的特點和客流需求，研究適宜的最小追蹤間隔，根據行車量和最小追蹤間隔標準確定供電設施容量，對節約工程設備投資和降低運營費具有重要意義[14]。

2 高速鐵路追蹤間隔現狀分析

2.1 高速鐵路追蹤間隔、列車對數統計

現狀分析基本涵蓋全國主要高速鐵路、城際鐵路，按照路網干線、路網聯絡線、支線及相對獨立線路分三類進行分析研究。

2.1.1 路網干線追蹤間隔

統計分析京滬高鐵、滬寧城際、京廣高鐵、鄭西高鐵、鄭徐高鐵、哈大高鐵、滬昆高鐵、杭深線、合寧線、合福高鐵、大西高鐵等17條路網骨干線路，其全日列車開行對數及追蹤間隔的分布統計情況見表1。

表1 路網干線列車對數及追蹤間隔分布統計

目前我國高速鐵路中以京滬高鐵徐蚌段對數最高，達到154對，最大小時對數達到12對，列車以4，5 min追蹤為主，部分區間如昆山至陽澄湖存在兩列車3 min追蹤，4 min連續追蹤達到41對，5 min連追達到50對，以4，5 min連追比例合計達到59%。滬寧城際開行列車137對，最大小時對數達到10對，列車以4，5 min追蹤為主，部分區間如昆山南至安亭存在少數3 min追蹤，4，5 min連追比例合計達到51%。合寧線開行列車103對，列車以5 min追蹤為主，5 min連追達到53對，占比51%。石濟高鐵開行對數最少，為17對，最大小時對數為3對，由于列車開行數量較低，列車行車間隔較大。

2.1.2 路網聯絡線追蹤間隔分布情況

路網聯絡線主要統計盤營高鐵、津秦高鐵、津保鐵路、合蚌高鐵等7條線路，該部分線路追蹤間隔分布統計情況見表2。

表2 路網聯絡線列車對數及追蹤間隔分布統計

根據上述統計，目前路網聯絡線列車開行對數相對有限，連追列車雖然較少，但由于跨線列車比例較高，大部分線路的追蹤間隔仍在5 min及以內。

2.1.3 支線及相對獨立線路追蹤間隔分布情況

我國高速鐵路中支線及相對獨立線路主要統計京津城際、廣珠城際、廣深港高鐵、長琿城際、沈丹高鐵等15條線路，列車對數及追蹤間隔分布情況見表3。

根據表3統計，目前該類線路中列車對數差異較大，但普遍列車對數相對不高，列車行車間隔也多在5 min以上。

2.2 現狀高速鐵路追蹤間隔與行車量統計分析

根據現狀列車對數及追蹤間隔的分布統計，目前各類型線路列車對數范圍及不同追蹤間隔統計數量見表4。

表3 支線及相對獨立線路列車對數及追蹤間隔分布統計

表4 各類型線路不同列車對數及追蹤間隔分布統計

從當前統計分析來看，目前追蹤間隔采用4 min的線路多為路網骨干線路，一共6條線路，占統計線路的15.4%。除路網聯絡線津秦高鐵行車量小于80對，其余5條路網干線行車量在90對以上，分別為京滬高鐵、寧杭高鐵、滬昆高鐵滬杭段、杭甬高鐵、滬寧城際。

采用5 min追蹤間隔的線路達到21條，占比54%，其中路網骨干線路中除石濟高鐵、京包高鐵、大西高鐵追蹤間隔較大外，其余線路的最小追蹤間隔均為5 min。路網聯絡線中除石太高鐵、武九高鐵外，最小追蹤間隔均不大于5 min。

采用6 min追蹤間隔的線路為3條，占比8%，分別為南廣高鐵、昌福鐵路、長琿城際。

大于7 min追蹤間隔的線路達到9條，主要為支線及相對獨立線路，占比23%；路網骨干線路大于7 min追蹤間隔的為石濟高鐵、京包高鐵和大西高鐵。

2.3 小結

列車對數是直接影響追蹤間隔運用的最重要因素，追蹤間隔的選定標準中首先需要滿足線路運輸能力，其次考慮便于運輸組織，對于路網干線及路網聯絡線即使列車對數不高，也應盡量采用較小的追蹤間隔。

(1)路網干線

列車對數是直接影響追蹤間隔運用的最重要因素，從對當前線路開行對數分析，開行80對以內的路網干線為開通運營時間較短的線路以及僅開通部分段落的線路，此類線路開通初期行車量小，行車間隔大于7 min。

路網干線開行對數多在80對以上。80～120對的路網干線多采用5 min追蹤間隔，列車對數達到120對以上的路網干線多采用4 min追蹤間隔。

(2)路網聯絡線

路網聯絡線現狀行車對數均在80對以下。路網聯絡線由于連通多條路網骨干線路，受制于跨線列車跨線點、時間及骨干線路能力，其列車追蹤間隔多與骨干線路保持最低一致性，大部分線路的追蹤間隔仍在5 min及以內。

(3)支線及相對獨立線路

支線及相對獨立線路現狀行車量在130對及以下。支線及相對獨立線路受路網開行方案影響小，行車間隔多采用5 min及以上。

3 高速鐵路列車追蹤間隔及供電設施配置研究

由前述統計分析可知，我國大多城際鐵路及支線鐵路列車對數并不大，而最小行車間隔及變壓器容量一般按照3 min標準設計。對于行車量較小的線路，供電設施容量存在較大的冗余，造成了供電設施投資和運營費的浪費。因此，對于運量不大的新建高速鐵路，有必要研究其應采用的最小追蹤間隔和供電設施容量，以提高項目的經濟性。

3.1 以江蘇南沿江城際鐵路為例

3.1.1 江蘇南沿江城際鐵路列車追蹤間隔研究

根據項目客流預測，考慮近遠期客流增長，研究年度江蘇南沿江城際鐵路預測行車量如表5所示。

表5 江蘇南沿江城際鐵路區段行車對數 對

江蘇南沿江城際鐵路全線遠期全日最大區段開行列車156對，平均每小時8～9對，最大小時對數不大于12對。根據對現狀已開通運營高鐵最大小時對數分析結果，路網干線的最大小時對數多大于7對，80～120對的路網干線多采用5 min追蹤間隔，列車對數達到120對以上的路網干線多采用4 min追蹤間隔。

以最大站間距為47.9 km的常熟至太倉為例，當采用5 min追蹤間隔，計算高峰小時能力為8～9對。當采用4 min追蹤間隔，計算高峰小時能力為9～11對，若停站列車比例降低，高峰小時能力可以達到12對[15-16]。江蘇南沿江城際鐵路遠期采用3 min追蹤間隔,大多區段運輸能力富余較大；采用5 min追蹤間隔，能力適應性較差；從運輸能力角度分析，遠期可按4 min組織運營。

考慮到通過能力與列車停站方案(含直達車與停站列車的比例、停站列車數量、停站次數等)密切相關[17]，從提高服務水平、提高運輸組織調整和調度指揮靈活性等角度，初、近期列車追蹤間隔可按5 min，遠期行車量增加時可按4 min組織運營。

3.1.2 江蘇南沿江城際鐵路供電設施配置標準及實施效果分析

根據運輸需求及能力分析，南沿江城際鐵路設計年度初、近、遠期分別按照5，5，4 min追蹤間隔組織運營。從開通到設計年度遠期，若按照遠期需求4 min追蹤選擇安裝容量，南京南至常州段變壓器投資為2 560萬元，按20年計算基本電費較5 min增加12 240萬元；初、近期按照5 min追蹤安裝變壓器容量，遠期按4 min追蹤更換變壓器，初期變壓器投資為2 320萬元，遠期更換變壓器需增加投資2 560萬元，但節省的基本電費12 240萬元大于更換牽引變壓器的費用[18-19]。因此變壓器容量可以按照5 min時的容量進行安裝，滿足近期供電能力需求；遠期需更換變壓器，牽引變壓器壽命按照30年考慮，遠期可根據牽引變壓器的運行狀況將替換的變壓器更換到其他工程中[20]。實施效果比較見表6。

表6 實施效果比較 萬元

注：供電設施配置方案以客流預測和行車量為基礎。

由表6可知，僅南京南至常州段(136.23 km)平均每年節省成本496萬元，每公里節省成本約3.6萬元。

3.2 高速鐵路列車追蹤間隔及供電設施配置方案建議

合理確定列車追蹤間隔與變壓器容量可節省投資和運營成本，尤其對于行車量不大的線路意義重大，將極大地節約運營費。僅以江蘇省為例，2018年12月26日，國家發展改革委正式批復《江蘇省沿江城市群城際鐵路建設規劃(2019-2025年)》。同意近期規劃建設寧淮、寧宣、鹽泰錫常宜、寧揚寧馬、蘇錫常快線等8個城際鐵路項目，其中江蘇省內總里程約980 km。

按照南沿江鐵路成本節約估算，5 min追蹤間隔較4 min追蹤該間隔標準節省成本約3.6萬元/km；僅按江蘇省8個城際鐵路項目估算，運營期前20年每年將為江蘇省節約成本3 528萬元。

綜上，僅江蘇省規劃的8個城際鐵路項目節省成本已經十分明顯，若全國范圍運量較小的高速鐵路項目適當增大最小行車間隔標準，并據此配置適當規模的供電設施，將極大地節省工程投資和運營成本。因此，建議新建鐵路項目開展最小追蹤間隔專項研究，根據客流需求和行車量確定追蹤間隔標準和供電設施容量。根據我國高速鐵路運營現狀和新建高速鐵路項目客流預測規模，運量較小的高速鐵路項目初、近期宜采用5 min或4 min最小追蹤間隔標準，并據此配置變壓器容量，較3 min最小追蹤間隔節省工程投資和運營成本明顯。

4 結語

結合我國高速鐵路項目建設情況，根據具體項目客流需求和行車量確定追蹤間隔標準和供電設施容量，對節約工程設備投資和降低運營費具有重要意義。在滿足客流需求和線路輸送能力的前提下，部分項目初、近期可采用5 min或4 min最小追蹤間隔標準，系統預留3 min最小追蹤間隔能力。以江蘇省南沿江城際鐵路為例，初、近期采用5 min追蹤間隔標準比4 min追蹤間隔每年可節省成本約3.6萬元/km。