高速铁路追踪间隔标准选择及供电设施配置研究

郭卫彪,汤 杰,马保仁,邢晓乾

(1.中国铁路设计集团有限公司交通运输规划研究院,天津 300000； 2.中国铁路设计集团有限公司电化电信院,天津 300000)

1 研究目的及意义

高速铁路项目投资大，运营成本高，铁路工程各系统规模应与客流需求相适应，而运营期追踪间隔的选择将影响供电设施的投资和电费成本[1]。

铁路工程是一个系统工程，高速铁路追踪间隔研究方面，田长海等[2]分析了高速列车追踪间隔时间的计算方法，分析了影响高速列车追踪间隔时间的因素。凌熙等[3]对高速铁路追踪列车间隔时间测试方法进行了研究。郑维耀等[4]从运营的角度，对列车追踪策略进行了研究。侯黎明等[5]以实现3 min追踪间隔为目标，用仿真的方法对影响追踪间隔的关键影响因素进行了分析，提出了主要制约因素包括信号系统、线路条件、列车性能等，为新线路设计提供有效参考。供电系统方面，李群湛、樊伟平等[6]对牵引供电系统、高速铁路牵引变压器容量选择及更换时机进行了研究。陈民武等[7]对高速铁路牵引变压器容量的配置方案进行了研究。李倩[8]对高速铁路牵引变压器供电能力进行了研究。但对新建铁路项目应该采用怎样的追踪间隔标准，并据此配置铁路系统设备的系统性研究很少。

当前，我国高速铁路列车最小追踪间隔基本按照3 min设计，供电设施也按照3 min标准配置[9]。由于城市规模、分布、经济发展水平的差异，各线功能定位和在路网中发挥的作用不同，铁路干线、支线、城市群内的城际铁路等各线行车量有较大差异[10-11]。我国已建成线路中，有许多线路行车量至今仍然较低，对于行车量较小的线路，供电设施容量存在较大的冗余，造成了供电设施投资和运营费的浪费[12]。经统计分析，目前，石太高铁全日开行列车61对，最大小时对数5对，最小追踪间隔大于7 min；武九高铁，全日开行列车64对，最大小时对数6对，最小追踪间隔大于7 min；莞惠城际、株潭城际西线、哈齐高铁最小追踪间隔也大于7 min。由此可见，相对干线铁路，我国支线及城际铁路列车对数普遍不高，列车行车间隔也多在5 min以上，4～5 min追踪间隔标准完全可以满足行车量需求，如所有高速铁路项目一味采用与国铁干线一致的3 min最小行车间隔标准，将造成供电设备投资的浪费和铁路运营费用的增加[13]。因此，根据高速铁路项目的特点和客流需求，研究适宜的最小追踪间隔，根据行车量和最小追踪间隔标准确定供电设施容量，对节约工程设备投资和降低运营费具有重要意义[14]。

2 高速铁路追踪间隔现状分析

2.1 高速铁路追踪间隔、列车对数统计

现状分析基本涵盖全国主要高速铁路、城际铁路，按照路网干线、路网联络线、支线及相对独立线路分三类进行分析研究。

2.1.1 路网干线追踪间隔

统计分析京沪高铁、沪宁城际、京广高铁、郑西高铁、郑徐高铁、哈大高铁、沪昆高铁、杭深线、合宁线、合福高铁、大西高铁等17条路网骨干线路，其全日列车开行对数及追踪间隔的分布统计情况见表1。

表1 路网干线列车对数及追踪间隔分布统计

目前我国高速铁路中以京沪高铁徐蚌段对数最高，达到154对，最大小时对数达到12对，列车以4，5 min追踪为主，部分区间如昆山至阳澄湖存在两列车3 min追踪，4 min连续追踪达到41对，5 min连追达到50对，以4，5 min连追比例合计达到59%。沪宁城际开行列车137对，最大小时对数达到10对，列车以4，5 min追踪为主，部分区间如昆山南至安亭存在少数3 min追踪，4，5 min连追比例合计达到51%。合宁线开行列车103对，列车以5 min追踪为主，5 min连追达到53对，占比51%。石济高铁开行对数最少，为17对，最大小时对数为3对，由于列车开行数量较低，列车行车间隔较大。

2.1.2 路网联络线追踪间隔分布情况

路网联络线主要统计盘营高铁、津秦高铁、津保铁路、合蚌高铁等7条线路，该部分线路追踪间隔分布统计情况见表2。

表2 路网联络线列车对数及追踪间隔分布统计

根据上述统计，目前路网联络线列车开行对数相对有限，连追列车虽然较少，但由于跨线列车比例较高，大部分线路的追踪间隔仍在5 min及以内。

2.1.3 支线及相对独立线路追踪间隔分布情况

我国高速铁路中支线及相对独立线路主要统计京津城际、广珠城际、广深港高铁、长珲城际、沈丹高铁等15条线路，列车对数及追踪间隔分布情况见表3。

根据表3统计，目前该类线路中列车对数差异较大，但普遍列车对数相对不高，列车行车间隔也多在5 min以上。

2.2 现状高速铁路追踪间隔与行车量统计分析

根据现状列车对数及追踪间隔的分布统计，目前各类型线路列车对数范围及不同追踪间隔统计数量见表4。

表3 支线及相对独立线路列车对数及追踪间隔分布统计

表4 各类型线路不同列车对数及追踪间隔分布统计

从当前统计分析来看，目前追踪间隔采用4 min的线路多为路网骨干线路，一共6条线路，占统计线路的15.4%。除路网联络线津秦高铁行车量小于80对，其余5条路网干线行车量在90对以上，分别为京沪高铁、宁杭高铁、沪昆高铁沪杭段、杭甬高铁、沪宁城际。

采用5 min追踪间隔的线路达到21条，占比54%，其中路网骨干线路中除石济高铁、京包高铁、大西高铁追踪间隔较大外，其余线路的最小追踪间隔均为5 min。路网联络线中除石太高铁、武九高铁外，最小追踪间隔均不大于5 min。

采用6 min追踪间隔的线路为3条，占比8%，分别为南广高铁、昌福铁路、长珲城际。

大于7 min追踪间隔的线路达到9条，主要为支线及相对独立线路，占比23%；路网骨干线路大于7 min追踪间隔的为石济高铁、京包高铁和大西高铁。

2.3 小结

列车对数是直接影响追踪间隔运用的最重要因素，追踪间隔的选定标准中首先需要满足线路运输能力，其次考虑便于运输组织，对于路网干线及路网联络线即使列车对数不高，也应尽量采用较小的追踪间隔。

(1)路网干线

列车对数是直接影响追踪间隔运用的最重要因素，从对当前线路开行对数分析，开行80对以内的路网干线为开通运营时间较短的线路以及仅开通部分段落的线路，此类线路开通初期行车量小，行车间隔大于7 min。

路网干线开行对数多在80对以上。80～120对的路网干线多采用5 min追踪间隔，列车对数达到120对以上的路网干线多采用4 min追踪间隔。

(2)路网联络线

路网联络线现状行车对数均在80对以下。路网联络线由于连通多条路网骨干线路，受制于跨线列车跨线点、时间及骨干线路能力，其列车追踪间隔多与骨干线路保持最低一致性，大部分线路的追踪间隔仍在5 min及以内。

(3)支线及相对独立线路

支线及相对独立线路现状行车量在130对及以下。支线及相对独立线路受路网开行方案影响小，行车间隔多采用5 min及以上。

3 高速铁路列车追踪间隔及供电设施配置研究

由前述统计分析可知，我国大多城际铁路及支线铁路列车对数并不大，而最小行车间隔及变压器容量一般按照3 min标准设计。对于行车量较小的线路，供电设施容量存在较大的冗余，造成了供电设施投资和运营费的浪费。因此，对于运量不大的新建高速铁路，有必要研究其应采用的最小追踪间隔和供电设施容量，以提高项目的经济性。

3.1 以江苏南沿江城际铁路为例

3.1.1 江苏南沿江城际铁路列车追踪间隔研究

根据项目客流预测，考虑近远期客流增长，研究年度江苏南沿江城际铁路预测行车量如表5所示。

表5 江苏南沿江城际铁路区段行车对数 对

江苏南沿江城际铁路全线远期全日最大区段开行列车156对，平均每小时8～9对，最大小时对数不大于12对。根据对现状已开通运营高铁最大小时对数分析结果，路网干线的最大小时对数多大于7对，80～120对的路网干线多采用5 min追踪间隔，列车对数达到120对以上的路网干线多采用4 min追踪间隔。

以最大站间距为47.9 km的常熟至太仓为例，当采用5 min追踪间隔，计算高峰小时能力为8～9对。当采用4 min追踪间隔，计算高峰小时能力为9～11对，若停站列车比例降低，高峰小时能力可以达到12对[15-16]。江苏南沿江城际铁路远期采用3 min追踪间隔,大多区段运输能力富余较大；采用5 min追踪间隔，能力适应性较差；从运输能力角度分析，远期可按4 min组织运营。

考虑到通过能力与列车停站方案(含直达车与停站列车的比例、停站列车数量、停站次数等)密切相关[17]，从提高服务水平、提高运输组织调整和调度指挥灵活性等角度，初、近期列车追踪间隔可按5 min，远期行车量增加时可按4 min组织运营。

3.1.2 江苏南沿江城际铁路供电设施配置标准及实施效果分析

根据运输需求及能力分析，南沿江城际铁路设计年度初、近、远期分别按照5，5，4 min追踪间隔组织运营。从开通到设计年度远期，若按照远期需求4 min追踪选择安装容量，南京南至常州段变压器投资为2 560万元，按20年计算基本电费较5 min增加12 240万元；初、近期按照5 min追踪安装变压器容量，远期按4 min追踪更换变压器，初期变压器投资为2 320万元，远期更换变压器需增加投资2 560万元，但节省的基本电费12 240万元大于更换牵引变压器的费用[18-19]。因此变压器容量可以按照5 min时的容量进行安装，满足近期供电能力需求；远期需更换变压器，牵引变压器寿命按照30年考虑，远期可根据牵引变压器的运行状况将替换的变压器更换到其他工程中[20]。实施效果比较见表6。

表6 实施效果比较 万元

注：供电设施配置方案以客流预测和行车量为基础。

由表6可知，仅南京南至常州段(136.23 km)平均每年节省成本496万元，每公里节省成本约3.6万元。

3.2 高速铁路列车追踪间隔及供电设施配置方案建议

合理确定列车追踪间隔与变压器容量可节省投资和运营成本，尤其对于行车量不大的线路意义重大，将极大地节约运营费。仅以江苏省为例，2018年12月26日，国家发展改革委正式批复《江苏省沿江城市群城际铁路建设规划(2019-2025年)》。同意近期规划建设宁淮、宁宣、盐泰锡常宜、宁扬宁马、苏锡常快线等8个城际铁路项目，其中江苏省内总里程约980 km。

按照南沿江铁路成本节约估算，5 min追踪间隔较4 min追踪该间隔标准节省成本约3.6万元/km；仅按江苏省8个城际铁路项目估算，运营期前20年每年将为江苏省节约成本3 528万元。

综上，仅江苏省规划的8个城际铁路项目节省成本已经十分明显，若全国范围运量较小的高速铁路项目适当增大最小行车间隔标准，并据此配置适当规模的供电设施，将极大地节省工程投资和运营成本。因此，建议新建铁路项目开展最小追踪间隔专项研究，根据客流需求和行车量确定追踪间隔标准和供电设施容量。根据我国高速铁路运营现状和新建高速铁路项目客流预测规模，运量较小的高速铁路项目初、近期宜采用5 min或4 min最小追踪间隔标准，并据此配置变压器容量，较3 min最小追踪间隔节省工程投资和运营成本明显。

4 结语

结合我国高速铁路项目建设情况，根据具体项目客流需求和行车量确定追踪间隔标准和供电设施容量，对节约工程设备投资和降低运营费具有重要意义。在满足客流需求和线路输送能力的前提下，部分项目初、近期可采用5 min或4 min最小追踪间隔标准，系统预留3 min最小追踪间隔能力。以江苏省南沿江城际铁路为例，初、近期采用5 min追踪间隔标准比4 min追踪间隔每年可节省成本约3.6万元/km。