现代有轨电车运营组织及安全管理-车辆类别与适用条件

1.按地板高度分类

根据车辆地板高度，有轨电车可分为高地板有轨电车、70%低地板有轨电车和100%低地板有轨电车三类。三类有轨电车技术参数的综合比较见表2-3。

表2-3 不同地板类型有轨电车综合比较

根据表2-3不同类型电车的技术特点比较和应用情况，目前高地板车辆基本已接近淘汰，70%低地板车辆也将逐渐被100%低地板车辆所取代。欧美发达国家的有轨电车几乎全部采用100%低地板，著名车辆厂家，如西门子、阿尔斯通、庞巴迪等也全力打造最新的100%低地板车辆，70%低地板车辆将逐渐减少。因此，下面重点对比分析100%低地板和70%低地板车辆。

（1）主要特征及主要参数 70%低地板及100%低地板车辆的主要特征就在于低地板区域的覆盖面积不同，70%低地板车辆地板不在同一水平线上，动力转向架处存在高台阶（见图2-3），而100%低地板车辆地板都位于同一水平线上，整车无台阶，如图2-4所示。

图2-3 70%低地板现代有轨电车编组示意图

图2-4 100%低地板现代有轨电车编组示意图

（2）主要特点对比

1）轴质量。由于70%低地板车辆车体存在台阶，为更好地传递载荷，台阶处的结构必须加强，一般为碳素钢结构，导致车体质量较大，长客3模块70%低地板车辆拖车轴质量约为11.5t，动车轴质量约为10.5t，西门子CombinoPlus车辆轴质量小于10t，轴质量小可减小对路面的冲击。

2）编组灵活性及经济适用性。100%低地板有轨电车可以根据载客量需求任意编组，提高了编组和车型选择的灵活性。目前国内70%低地板车辆大多数为3模块，在后期进行扩编时多数采用6、9模块编组，编组灵活性不及100%低地板车辆。如图2-5所示为国内中车唐山机车车辆有限公司（以下简称中车唐山公司）生产的100%低地板现代有轨电车扩编示意图，车辆可以在2～8模块间扩编。

3）客室面积利用率及人性化程度。由于100%低地板车辆客室地板都在同一水平线上，无台阶或坡度，因此对特殊乘客主要有以下优势：

①方便残疾人、小孩及老年人上下车，该部分群体也可享受到“自由移动”；②婴儿车、残疾车全车都可以自由乘降；③3模块70%低地板车辆的额定载客量为245人（6人/m²），超员载客量为280人（8人/m²），而4模块100%低地板车辆的额定载客量为305人（6人/m²），超员载客量为368人（8人/m²）。

国内70%低地板有轨电车根据自身的特点，编组均为3模块的倍数，由于3模块70%低地板车辆载客量较少，如果采用70%低地板车辆，在初期就可能需要采用6模块车辆，车辆购置费甚至将会超过4模块100%低地板车辆。

图2-5 中车唐山公司生产的100%低地板现代有轨电车扩编示意图

4）转向架及制动方面的对比。

①转向架蛇行运动和自动对中能力。由于3模块70%低地板车辆车体长度不等长，因而在通过小半径曲线时端部车体的横向偏移量较大，为了满足限界要求，头车车体的端部必须适度削尖；通过小半径曲线时，由于端部转向架相对车体的转角较大，使得高地板处的动力转向架必须设计成摇枕结构。而100%低地板车辆采用独立轮对，由于左右轮不存在绕车轴的转动约束，消除了轮对的蛇行现象，对提高稳定性有好处，但由于取消了车轴，沿轨道运行时自动对中的能力减弱了，70%低地板车辆的动力转向架为带轴转向架，自动对中功能相对更好。因此，100%低地板和70%低地板车辆在蛇行运动和自动对中功能上各有优劣。

②动拖比和牵引制动性能。100%低地板车辆动拖比为3∶1，中间车辆也有动车，黏着利用性好，冗余性能高，但由于转向架空间小，牵引电动机单机功率较小，机械制动方式的选择受到一定限制。70%低地板车辆动拖比为2∶1，动力转向架都在头车，且动、拖车轴质量不等，黏着利用性不如100%低地板车辆好，由于动力转向架为传统轮对的转向架，空间相对充足，结构相对简单，但动力转向架带有摇枕结构，牵引电动机的功率相对100%低地板车辆更大，机械制动方式的选择相对灵活。

5）车门布置及乘客疏散。以中车长客股份公司3模块70%低地板车辆为例，每侧设有4个车门，头车2个车门布置相对集中，车门具体布置如图2-6所示。

以中车唐山公司的4模块100%低地板车辆为例，每侧布置5个车门，车门具体布置如图2-7所示。车门斜对称布置，约占列车长度的90%。100%低地板车辆车门交叉布置，最大限度地考虑了乘客上下车不出现拥堵的情况，而且站台疏散能力较强，车辆载客面积及站台利用率高于70%低地板车辆。

（3）车辆维护及备件管理

1）100%低地板车辆。动力和非动力转向架都为独立轮设计，轮径小，轴质量小，过曲线噪声低，轮缘磨耗小，且动、拖车车轮及构架设计相同可互换，备件统一。但由于100%低地板车辆系统集成度高，若某个部件要更换，可能导致整套集成的模块需要更换。

2）70%低地板车辆。动力和非动力转向架不同，动力转向架为传统同轴驱动，过曲线噪声相对较大，但目前传统的带轴转向架维护更加成熟，备件的更换及拆卸等维护工作相对容易。

图2-6 中车长客股份公司3模块70%低地板车辆车门布置

图2-7 中车唐山公司4模块100%低地板车辆车门布置

基于上述对比分析，100%低地板车辆在发展及应用趋势、经济适用性、技术优越性等方面具有优势，车辆初期采购成本对项目总投资的影响也较小，因此目前国内各城市在选择低地板有轨电车时倾向于100%低地板车辆。但由于目前绝大多数厂家生产的100%低地板车辆关键系统，如转向架、牵引、驱动系统都是与国外公司合作的，采取技术引进的方式，技术转让合同中有很多商务条款的约束，导致关键技术的发展、车辆设计后的试验、后期的维护等诸多方面受制于国外公司。我国城市的一个显著特点是人口高度集中，随着100%低地板车辆在我国的发展逐步成熟，对两种车辆的选型也需要根据具体情况综合选择。

2.按轮轨制式分类

有轨电车按轮轨制式分类主要包括钢轮钢轨和胶轮导轨两种。

钢轮钢轨有轨电车的走行部（转向架），主要由车轮、构架、轴箱、悬挂、牵引部件等组成。车体重力通过转向架一系、二系悬挂到达车轮，进而通过轮轨作用传到轨道上，转向架起承重和导向的作用（见图2-8）。

胶轮导轨有轨电车走行部主要由橡胶轮、构架、悬挂、导向轮等组成。橡胶轮被固定于构架上，通过悬挂装置与车辆相连。橡胶轮走行在普通路面上，起承重和牵引作用。导向轮通过构架与车体相连，与道路上铺设的导轨配合，为车辆起导向作用（见图2-9）。

图2-8 钢轮钢轨有轨电车

图2-9 胶轮导轨有轨电车

从车辆主要技术性能指标对两种不同轮轨制式的有轨电车综合比较见表2-4。

表2-4 不同轮轨制式有轨电车综合比较

（续）

（1）两种轮轨制式技术性能分析

1）线路设计自由度。钢轮钢轨电车受转向架、钢轮钢轨摩擦性能限制，在爬坡、转弯、加速、减速方面的性能不如胶轮导轨电车。但是在爬坡能力、转弯、加速和减速性能方面的差异不大，对线路要求不是特别苛刻的项目，两种系统均能满足要求。

2）运行噪声和振动。在相似条件下，通过相关严格试验证明，两种制式的电车车内、外噪声比较接近，差距在检测误差内[±2dB（A）]，差别之处是钢轮钢轨系统在制动时发出吱吱的声音。对于运行振动，由于受路面环境的影响，通过实际项目体验，在经过一段时间运营后，胶轮导轨电车的振动比钢轮钢轨电车大。

3）供电制式。钢轮钢轨电车可以采用接触网、蓄电池、地面供电（APS）、Tram Wave地面供电、超级电容、氢能源等形式进行供电。胶轮导轨电车（指Translohr）可采用接触网供电和蓄电池供电两种模式。(www.xing528.com)

4）技术成熟度。胶轮导轨电车系统技术起步较晚，推广城市相对较少，经过近十几年的运营和技术改进，胶轮导轨电车技术已逐步成熟。

（2）系统适用性分析

1）系统兼容性。目前世界上仅有阿尔斯通公司下属NewTL公司仍在生产并推广胶轮导轨电车（Translohr系统），该系统受专利保护，与其他系统不兼容，今后系统更新改造选择性较小。

2）系统稳定性。胶轮有轨电车系统采用橡胶轮胎承重，用嵌入轨道的导向轮来控制车辆方向。在运行过程中发生过多次脱轨事故，脱轨原因主要有道岔搬动错误、轨槽异物、曲线段加速等，说明胶轮导轨电车导向系统的稳定性仍需要改进。相对而言，钢轮钢轨电车系统更为可靠，稳定性更好，很少发生脱轨事故，即使一条轨道损坏，仍然可以正常使用。

3）系统运营环境要求。通过天津开发区洞庭路试验线的实际运营情况来分析，胶轮导轨电车对运行环境的要求较高：一方面是大雪对胶轮导轨电车运营的影响，2008年12月20日大雪共造成洞庭路试验线停运3天，类似的停运情况克雷蒙费朗、卡昂和南希也出现过；另一方面是异物对轨槽的影响，落叶和石砂等异物掉入轨槽增加了导向轮的损坏，在高温季节导轨易出现胀轨。

（3）结论 通过对钢轮钢轨电车和胶轮导轨电车的比较，可以得出如下结论：

1）钢轮钢轨电车生产制造厂家多，选用城市多，推广及发展前景良好，是现代有轨电车的主流模式，可作为城市新建现代有轨电车的优先选择。

2）在系统兼容性、系统稳定性、对环境的要求、系统认证及法律许可、系统研制及产业化水平等方面，胶轮导轨电车不如钢轮钢轨电车成熟。这些因素形成了推广胶轮导轨电车的瓶颈，仍需通过技术改进，提高稳定性及环境适应能力。

3）胶轮导轨电车（Translohr系统）具有车辆设计外形美观、乘坐方便、转弯半径小、爬坡能力强、基础设施简单、建设周期短等优点。相比钢轮钢轨电车而言，胶轮导轨电车线路设计自由度更强，对景观要求高、道路狭窄、坡度较大、转弯半径小、拆迁改造困难的城市来说，胶轮导轨电车有其独特的优势，可作为该类城市建设现代有轨电车系统的优先选择。

3.按供电方式分类

有轨电车按供电方式主要包括接触网供电、无触网供电两大类。

接触网供电的方式与传统的铁路和大部分地铁所采取的供电方式基本相同。列车通过车顶受电弓从架空接触网取得电能，通常采用的供电电压为直流750V。目前国内外大多数有轨电车均采用该种供电方式。

目前，世界上有轨电车无触网供电方案主要分为两大类，一类为第三轨供电，如阿尔斯通研发的APS系统和意大利的安萨尔多TramWave系统；另一类为车载储能供电，如西门子的混合型储能装置（超级电容和电池的组合）、西班牙CAF的超级电容、庞巴迪的Primove系统及阿尔斯通的车载电池等。具体技术特征及发展情况如下：

（1）第三轨供电系统

1）APS系统。APS系统是阿尔斯通研发的有轨电车无触网供电方案，其基本原理是：采用在走行轨的中间铺设1条供电轨来替代架空接触网进行供电。供电轨由8m长的导电轨和3m长的绝缘轨相间铺设而成，并每隔22m设1个变电箱，每个变电箱控制2个供电段，供电电压为直流750V。同时，车辆底部设有受电靴，当受电靴接触导电轨时通过车载信号触动开关，启动接触的导电轨段开始供电，车辆经过后该段断电。由于始终保持车辆正下方的导电段带电，其余段由绝缘轨相隔，因此能保证供电的安全性。另外，车上装有9kW·h的蓄电池组，以保证车辆在通过绝缘地段时车辆仍能持续供电。其供电原理图如图2-10所示。

APS系统已经投入商用11年，截至目前世界上已有7个城市的有轨电车应用了此技术，如法国的波尔多、兰斯、昂热、奥尔良、图尔，阿联酋的迪拜，以及巴西的巴西利亚。应用最为成熟的城市为波尔多，共规划建设了3条线，总长度为43.5km，其市中心线路为减少对城市景观的影响，采用了APS无触网供电方案，总长度为13.6km，线路已运营11年，运营车辆近百辆，车型为5模块33m和7模块44m。

2）TramWave系统。TramWave系统是由意大利的安萨尔多公司研发生产的无接触网供电型有轨电车，其供电方式与阿尔斯通相似，也采用第三轨供电，且也是由导电段和绝缘段组成。不同的是TramWave系统的第三轨供电系统主要依据物理原理，即第三轨内部装有一根分段可自动起伏的铜条，车辆底部装有磁性受流器，具体工作原理如下：

图2-10 阿尔斯通APS系统供电原理图

①受流器完全收起状态。磁性的受流器距离受电轨道较高的位置，没有足够的吸引力吸起地面受电系统分段模块中的活动金属块，无法接通供电系统，此时受电轨道表面没有电流接通。

②受流器完全释放状态。随着受流器向地面受电轨道不断接近，吸引力增加，地面受电系统分段模块中的活动金属块逐渐上升。当受流器与受电轨道完全接触时地面轨道受电系统分段模块中的活动金属块完全到达工作位置，激活电力供应系统，开始为车体供电。

为了保障供电的安全性，除采用分段的绝缘轨将导电轨相隔阻断外，还安装了电源安全负极，以确保在雨水浸泡轨道时，仍能保证行人及社会车辆的安全。安萨尔多第三轨供电原理如图2-11所示。

此供电技术已在意大利那不勒斯市进行应用，且前期进行了大量的防水、抗碾压试验。目前TramWave系统供电技术已被中车大连机车车辆有限公司引进，且在珠海市建立了生产基地。珠海有轨电车1号线首期工程全长8.9km，车站14座，采用的就是安萨尔多的TramWave系统。

（2）车载储能供电系统

1）超级电容。西班牙CAF集团研发生产了一种无接触网供电的现代有轨电车，其牵引储能装置为车载ACR系统。ACR是一种基于高速充电的超级电容车载储能系统，即区间采用ACR系统供电，在车站对其进行快速充电。

ACR系统由超级电容、冷却模块、控制模块、集成在牵引力逆变器内部的直流/直流逆变器、紧急救援设备组成。5模块驱动的有轨电车（3.4kW·h）需配置2个ACR系统；7模块驱动的有轨电车（5.1kW·h）需配置3个ACR系统。

图2-11 安萨尔多第三轨供电原理

a）TramWave轨道 b）TramWave电源线截面

CAF集团研发的超级电容ACR无触网供电技术比较成熟，在西班牙的塞维利亚已经商用两年。塞维利亚有轨电车线路主要为交通枢纽的接驳线路，位于城市闹市区，全长1.997km，共设5个车站，其中无接触网段为0.483km。车载ACR系统（超级电容）容量为1.04kW·h，质量为2.3t，尺寸，L=2466mm，W=1980mm，H=755mm。另外，萨拉戈萨无接触网有轨电车项目也即将投入使用。

此外，德国西门子近年来也一直致力于超级电容无触网供电方案的研究，并在葡萄牙的里斯本进行试验多年。目前，中车株洲电力机车有限公司引进了此项技术。

2）蓄电池系统。其原理与超级电容基本一致，阿尔斯通公司2007年在尼斯开通的一条线路，由于线路经过两个重要广场（每年举办狂欢节），因此不能设接触网。为此阿尔斯通公司研发了电池组储能方案，即在每列车上装有直流540V、200kW的镍氢电池组，列车在无触网和有触网交替时，必须停车进行动力切换，为此在广场的两端均设有车辆停靠站，另外在线路的起终点设有电池充电柜，对电池组进行深度充电，以保证电池组有足够的容量支撑列车电池组牵引时的动力。尼斯蓄电池牵引有轨电车如图2-12所示。

3）Primove系统。Primove系统是由庞巴迪研发的一种有轨电车无触网供电方案，其工作原理为750V的直流供电电缆，每9m设置1个逆变器，以控制电缆供电。逆变器将直流电转变为20kHz的400V交流电，通过铺设在轨道中间的3条并行电缆产生初级感应磁场；通过安装在车辆底部的集电器，产生次级感应磁场，次级感应磁场再将400V的交流电转变为600V的直流电供给车辆的牵引系统。同时，车顶的两端配有两个锂电池组。每个电池组的电压为533V，容量为49kW·h，质量为630kg。

按照庞巴迪公司的推荐，一条线路铺设6%～9%的Primove系统，一般铺设在车站及交叉口的进站端，即在铺设Primove系统段由供电电缆供电，同时向车顶蓄电池组充电；其余段则由车顶蓄电池组进行供电。因此，其供电原理与超级电容及电池方案相似，只是充电方式不同而已。Primove系统如图2-13所示。

通过对目前世界上的各种无触网供电方式技术特征的分析得知，阿尔斯通的APS系统技术比较成熟，已经商业运营11年，但是造价比较昂贵，是架空网供电的8～10倍，且对积水的要求比较严格；安萨尔多的TramWave系统虽然克服了APS系统的造价昂贵及积水要求等缺点，但当重车碾压时存在一定的安全隐患；车载储能供电制式克服了第三轨供电系统设备安装、维护、更换相对复杂的不足，且在节能方面具有明显优势，不过超级电容技术相对电池技术而言更为成熟，如西班牙CAF的超级电容供电技术已商用4年多，且运行良好；庞巴迪的Primove系统利用先进的地下充电技术，彻底解决了车载储能供电系统在车站充电的架空网架设问题，但系统比较复杂，且造价比较昂贵，是架空网供电的10倍左右。几种供电方式的综合对比见表2-5。

图2-12 尼斯蓄电池牵引有轨电车

图2-13 庞巴迪Primove系统

表2-5 不同供电方式的有轨电车比较

综合比较各种供电方式，接触网供电技术虽然对城市景观有一定影响，但其技术成熟可靠，运用时间久，维护经验丰富，而且可以通过改善措施尽量减少对城市景观的影响；而无触网供电技术相对不够成熟，且造价很高，运营维护经验不足，除对景观有较高要求的情况外，近期应较少采用。

为改善接触网供电对城市景观的影响，可以采取如下措施进行改善：

1）在城市规划方面对接触网供电进行先期规划，同时优化接触网结构件的形式，使接触网能与周边环境融合，从而改善对城市景观的影响。

2）优化接触网供电的功能，减少架空的电缆数量、尺寸，改变外观，减少对城市景观的影响。

3）随着超级电容技术的成熟，其可靠度提高，则可结合接触网的使用寿命期限，改造车辆可以同时采用超级电容供电，从而在城市中心区等人口密集地区取消接触网，改善城市景观。