歐盟鐵路接觸網系統互聯互通技術規范IC部件認證解析

宋 偉

1 概述

歐盟鐵路互聯互通技術規范（Technical Specification for Interoperability，TSI）是指導歐洲范圍內所有國家的鐵路能夠連接起來，各型列車能夠在歐洲各國家內自由行駛的規范。TSI規范既不能被視為設計手冊，也不是一份需要進行哪些評估才能開始運營的完整評估清單，任何固定裝置的投入使用均需滿足國家建設涵蓋的所有相關法規要求并經過調試，包括不在TSI范圍內的條款。TSI規定的要求僅涉及互操作性方面，對于能源子系統的兼容性（如定義為互操作性指令）與符合TSI標準的軌道車輛，目前新建的線路必須完全遵守TSI條款[1～4]。

2 能源（ENE）子系統介紹

能源子系統基本要求包括：安全性、可靠性和可用性；健康、環保；技術兼容性；可訪問性（在TSI規范的第3章中進行了詳細說明）。本文分析的能源子系統的電壓、頻率為交流25 kV、50 Hz，為避免不必要的機車車輛采購成本，TSI規定新建設的能源子系統應滿足功率高達2 MW的動車組或貨運電力機車運行。

架空接觸線的幾何參數是與受電弓的主要接口參數，接觸線高度主要包括接觸線標稱高度、最小設計接觸線高度和最大設計接觸線高度，這3個值與線路的設計速度有關。EN 50119[1]中提供了有關最小和最大設計接觸線高度的其他要求，設置這 些參數是為了確保絕對最小值和最大值始終在受電弓工作范圍內，最大接觸線高度還應滿足現場特殊需求（例如清洗軌道、車間、裝載區等）。當列車低速行駛，對動態性能和集流性能沒有過高的要求。接觸線高度和高度變化率應被考慮在內，以確保適當的動態性能和受流質量。

根據歐盟2008/57/EC指令[5]，能源子系統由以下部分組成：變電所、分區所、接觸網系統和回流系統。接觸網系統（IC部件）主要由接觸線、承力索、吊弦、懸式絕緣子、定位線夾、接觸線終端線夾、電連接及其他附件組成。

互操作性組件是指并入或打算并入一個子系統的任何基本組件、組件組、子組件或設備的完整組件，跨歐洲高速鐵路系統的互操作性直接或間接依賴于這些組件。

3 IC部件驗證流程

為了完成IC部件符合性驗證，互操作性組件符合性驗證由IC部件供應商指定的NoBo公告機構進行驗證評估（能源子系統IC部件“接觸線”供應商為國內具體的軌道器材公司）。應申請人的要求，公告機構按照2008/57/EC指令第18條和相關模塊規定對子系統集成（設計、制造、安裝、投入使用等）階段進行EC驗證[5]。能源子系統集成EC驗證分為兩個階段進行：一是設計階段，二是施工安裝階段。能源子系統TSI規范中定義了互操作性組件（IC部件）的符合性評估程序和子系統集成EC驗證程序。

3.1 IC部件認證模塊選擇

2010/713/EU[6]認證模式的決議（Decision）中列出了針對子系統和IC部件的認證模式，針對各子系統中的IC部件，對應指令中也給出了相關的認證模式。對于接觸網懸掛系統IC部件符合性評估可選擇的認證模式如下：

對于在相關TSI發布之前投放市場的產品，該類型被視為已獲得批準，因此不需進行EC類型檢查，前提是制造商可證明互操作性組件在被認為的類似條件下已有的應用是成功的，并且符合本TSI的要求，其評估在新申請中仍然有效。如果無法證明該解決方案在過去得到了肯定的評估，則適用于本TSI發布后投放歐盟市場的IC程序。

3.2 架空接觸網IC部件的特殊評估程序

相較于其他系統IC部件的認證，接觸網IC部件的認證具有一定的特殊性，需要對弓網間動態性能指標進行評估，并對接觸網系統整體性能進行仿真，模擬仿真能夠滿足弓網系統的動態性能指標后，再進行現場動態測試。

3.2.1 方法步驟

（1）動態性能和受流質量的評估涉及能源（ENE）子系統和機車車輛（LOC）子系統。

（2）主要需要測量以下參數來驗證是否符合動態性能的要求：接觸線的抬升量、平均接觸力Fm和接觸力最大標準偏差σmax或燃弧率。

（3）締約實體應聲明用于驗證的方法。

（4）接觸網的設計應使用EN 50318[4]規定的仿真模擬方法，并根據EN 50317[3]規定的靜態和動態測量方法進行驗證。

（5）如果現有接觸網系統設計已運行超過20年，則可以不進行模擬仿真驗證。

（6）接觸網系統的靜態和動態測量可以在專門建造的試驗線或新建的線路上進行。

3.2.2 仿真要求

（1）為提高仿真和分析結果的準確性，應考慮線路中代表性區段（如隧道、錨段關節、電分相等）。

（2）應按照規定的線路設計速度進行仿真，仿真時應使用至少兩種不同的TSI兼容類型的受電弓進行模擬。

（3）允許使用處于IC認證過程中的受電弓類型進行模擬，前提是其滿足機車車輛（LOC）子系統的相關要求。

（4）對于多組受電弓，按表1列出的間隔要求進行模擬。對于兩相鄰運行的受電弓，應使相鄰受電弓弓頭中心線的最小間距等于或小于表1中“A”、“B”或“C”對應的值（A、B、C為按車輛編組不同而劃分的3種不同情況）。

（5）表1中實際設計弓間距可以減小，以允許更近的列車運行，并可以更高的速度運行，或允許在列車上使用3個或更多的受電弓。在某些情況下，TSI定義的最小值可能不足以滿足運營商特定列車的需求，設計時需考慮這些特殊情況。

表1 受電弓最小間距 m

（6）為了達到可接受的標準，接觸線抬升量、平均接觸力和接觸力最大標準偏差應滿足表2的要求。

表2 動態性能指標

3.2.3 動態測試要求

（1）如果仿真結果能夠滿足要求，則可以在線路上進行現場動態測試。

（2）動態測試可以在投入使用前或正式運營的線路上進行。

（3）對于現場動態測試，應將模擬仿真選擇的兩種受電弓中的一種安裝在車輛上。

（4）需要針對弓網關系模擬仿真最差情況進行動態測試，如果不能使用8 m的受電弓間距進行測試，那么對于設計速度不高于80 km/h的線路，允許將兩個連續的受電弓之間的間距增加到15 m。

（5）為了達到可接受的標準，測得的動態性能指標應滿足表2的要求。

（6）如果以上所有評估均滿足要求，則測試的接觸線設計可視為符合要求，并可用于設計特性兼容的線路。

4 結語

為了建立和完善統一的共同市場，形成一體化的泛歐鐵路網，TSI存在于歐盟整個技術法規體系之中，屬于法律范疇的強制性規定，并已形成了完整的體系。本文介紹了TSI認證的相關概念、背景、子系統以及認證模式，給出了接觸網系統IC部件認證的工作流程，并對接觸網系統的特殊性進行了詳細分析研究，希望為國內接觸網設備制造進入歐洲市場提供參考，助力我國高鐵“走出去”倡議順利實施。