广州轨道交通18号线及22号线，为什么要选择交流供电系统？
广州市轨道交通十八号线及二十二号线，兼顾了国铁和地铁的特点，快速、客流量大、站间距大、车站数少，最高运行时速160km/h，连接了广州、珠海、东莞和中山等多个城市，是粤港澳大湾区的大动脉，两条线的功能定位介于干线铁路和城市轨道交通之间，具有干线铁路的速度目标，城市轨道交通的公交化服务特征。广州地铁设计研究院股份有限公司的研究人员冯超，在2020年第10期《电气技术》杂志上撰文，从多个方面分析了供电系统制式选型控制因素，并最终给出了供电制式选型建议，推荐采用AC 25kV供电制式。
广州市轨道交通十八号线、二十二号线项目在采用市域快速列车实现高标准时空目标的同时，与城市轨道交通线网紧密结合，实现地铁高密度服务水平，兼具高速度等级和高密度服务双重功能，连接市中心与市域区域的公交化通勤客流。十八号线与二十二号线作为广州市域轨道交通骨干线，其高时空目标需求（30min连通南沙新区与广州中心城区）、大客流断面需求（2.85万人次/h单向断面客流的大运量系统）和高服务水平需求（与地铁线网服务标准匹配），使得既有的铁路、城际、市域、地铁相关技术标准无法直接应用于本工程，需结合工程特点和科研实践，突破既有铁路、城际、市域、地铁相关技术标准，系统建立全新的市域快线设计标准。对于广州地铁十八号线、二十二号线，合理的牵引供电制式是解决牵引供电系统能力问题的基础，可采用的牵引供电制式有单相工频AC 25kV或DC 1500V。国铁干线铁路有客运和货运之分，由于跨越区域大，所以运量大、牵引负荷重、运行速度高（最快时速达到350km/h）、运行距离长，如京广高铁约2300km，此类线路均采用AC 25kV高电压等级制式。城际铁路虽然规模上小于国铁干线铁路，但是跨度较大，运量较大，一般也采用AC 25kV供电制式。相较于国铁，城市轨道交通单车运量较小，列车功率低，但是行车密度高，且站间距小，列车频繁起动，达速比低。此类线路适合采用DC 750V和DC 1500V牵引供电制式。
十八号线及二十二号线速度目标值160km/h，根据国内外运行经验，120～160km/h速度目标值下的轨道交通，直流供电和交流供电均可满足供电能力需求。两条线路可选择的牵引供电制式有两种，即国铁常用AC 25kV和地铁常用DC 1500V。应用方面，广州既有市域线路，如广佛线，采用DC 1500V，其他城市市域铁路，如上海金山线、香港东西铁路等，均采用交流制式。总体而言，速度目标值低于120km/h，多采用直流制式；120km/h以上线路多采用交流制式。根据广州市轨道交通线网规划，除十八号线及二十二号线以外，还有新机场线、十八号线和二十二号线延长线等多条线路最高运行速度达到160km/h以上，总长度超400km。再者，广州地铁即将承担广东省多条城际铁路运营工作。广州市轨道交通十八号线及二十二号线作为线网规划的首批160km/h线路，供电制式的选择直接影响后期线路的系统制式选择，具有重要意义。
若选择直流供电制式，与既有线路制式一致，更加符合线网资源共享的要求。若选择交流供电制式，与城际铁路制式一致，更加符合与城际铁路互联互通的要求。但是考虑到广州市即将建设大批量160km/h线路，选择交流制式亦可独自成网。目前，广州轨道交通线网中已经采用的车型有A型、B型、L型，最高运营时速120km/h，目前既有车型均不能满足本项目的要求。通过对国内外市域轨道交通线路的比较分析，并结合相关车辆制造状况，得出以下结论。
市域轨道交通线路长度基本在50～80km范围，站间距多为5～15km，速度等级在120～250km/h，采用公交化运营为主，辅以越行、点对点的多元模式。考虑到本项目时速目标160km/h，从车辆选型的角度，AC 25kV更具备成熟性。土建工程主要是交流供电高电压对隧道断面的影响，由于本项目速度目标值达到160km/h，根据空气动力学的研究成果，隧道内径达到7.7m以上，供电制式不对隧道断面产生根本性的影响。另外，交流供电较直流供电减少了车站内及区间的大量牵引变电所设置，相应减少了土建工程。接触网是供电系统中的薄弱环节，弓网受流质量是本项目考核的重要因素之一。AC 25kV，相比较于DC 1500V，电压等级高，相同功率情况下电流会大大减小，直接影响受电弓和接触网的载流量，受电弓的载流量直接影响了弓头质量和发热，弓头质量、发热与弓网受流质量强相关。AC 25kV受电弓载流量仅有DC 1500V的十分之一，发热量大大减小，弓头质量也轻，更有利于弓网受流质量，受电弓碳滑板磨耗也会大大减小。结合本项目工程，两种制式下的经济核算比较结果见表3。牵引供电制式的选择，主要影响供电系统、土建和车辆的经济投资。供电系统本身，主要影响主变电所、变电所、接触网。主变电所，影响主变压器的数量和选型；变电所，直流制式比交流制式增加牵引所数量；接触网，两种制式的电压等级不同，影响接触网的悬挂形式和方案。土建方面，主要影响供电房间面积，直流制式牵引所布置在车站，数量多，占地面积大；交流制式牵引所布置在主所，集中布置，占地面积小。车辆方面，交流制式比直流制式增加整流器，导致车辆购置费的增加。
由表3可知，制式选择的经济差异主要在于车辆，供电系统本身而言，交流与直流的差异较小，相差约1%。相比较于整个机电系统的投资，两种制式的经济差异可以忽略。十八号线及二十二号线作为广州市首批市域铁路，供电制式的选型影响较大。从线网规划的角度，直流制式更有资源共享性，但考虑到大规模市域铁路的规划，选择交流制式亦可独自成网，满足要求；从车辆选型的角度，时速目标160km/h，交流制式更具备成熟性；从土建工程的角度，两种制式相当；从弓网受流的角度，交流制式下受电弓载流量更小，弓头质量小，受电弓碳滑板耐磨性更优；从经济的角度，两者相当。综上所述，广州市轨道交通十八号线及二十二号线宜选择交流供电制式。
本文编自《电气技术》，标题为“广州市轨道交通18号线及22号线供电系统制式选型研究”，作者为冯超。
