摘 要：土耳其伊斯坦布爾新機場線地鐵列車由中車株洲電力機車有限公司自主研發(fā)，屬于中國首個交付伊斯坦布爾的地鐵列車項目。文章從車輛總體技術性能、關鍵系統(tǒng)及部件設計、防火安全設計三大方面對其總體設計方案進行介紹，闡述其技術優(yōu)勢和性能特點。
關鍵詞：地鐵列車;土耳其伊斯坦布爾新機場線;總體技術性能;關鍵系統(tǒng)及部件;防火安全設計
1 概述
土耳其伊斯坦布爾新機場線地鐵列車由中車株洲電力機車有限公司自主研發(fā)，屬于中國首個交付伊斯坦布爾的地鐵列車項目。該車為重載高強度的全自動駕駛地鐵列車，能夠適應各種無人駕駛運行場景和機場線路不同時段高峰客流量的需求。其總體性能特點如下。
(1)是首個出口海外的 120 km/h 速度等級 4 節(jié)編組地鐵列車，頭車采用半動半拖(即一個轉向架為帶動力的動車轉向架，另一個轉向架為不帶動力的拖車轉向架)B 型車輛，中間車采用全動力 B 型車輛，滿足 15 t大軸重要求。(2)列車采用全自動駕駛設計和全自動車輛重聯(lián)技術，可適應各種無人駕駛運營場景的需求和機場線路不同時段高峰客流量的需求。
(3)首次采用滿足安全完整性等級 2 級(SIL2)的全新地鐵列車控制系統(tǒng)，可使列車運行更加安全。(4)裝配適應大坡道、高牽引特性的列車牽引系統(tǒng)，滿足長距離、大坡道、高加速度條件下的性能要求。(5)采用高速條件下的低噪聲技術，可滿足隧道內(nèi)客室最大噪聲不超過 78 dB(A)的要求。(6)采用可滿足歐洲最新 EN 45545《鐵路應用 鐵路車輛防火》系列標準要求的長站間距(平均 4 km，最長 10 km)防火技術。
2 車輛總體技術性能
2.1 列車編組及受流方式
列車采用 4 節(jié)編組，編組形式為 = A - B - B - A =，其中 A 車為帶司機室的半動半拖車輛，B 車為無司機室?guī)茈姽膭榆嚕? 為全自動車鉤，- 為半永久式牽引桿。車體采用鋁合金 V 型斷面，受流方式為 DC1500V受電弓受流。
2.2車輛主要尺寸及參數(shù)
2.3 列車載客能力
列車載客數(shù)量為有座乘客與站立乘客數(shù)量的總和。每節(jié) A 車與 B 車的額定座位均為 30 個，因此 4 輛編組列車的總座位數(shù)為 120 個。對于站立乘客數(shù)量的計算，應首先推算出站立區(qū)面積，再由此得出不同工況下的站立乘客數(shù)量。
歐洲標準 EN 15663-2017《鐵路應用 車輛參考質(zhì)量的定義》中規(guī)定，在計算列車載客量時，乘客在車內(nèi)停留的區(qū)域中地板與天花板之間的高度不應小于1 850 mm，站立區(qū)面積為車廂面積減去座位面積及座位前方為乘客腳部預留的 300 mm 寬空間面積。根據(jù) EN15663-2017 規(guī)定進行計算可得，本車 A 車的站立區(qū)面積為 28.5 m2，B 車為 32.4 m2，整列車為 121.8 m2。
2.4 列車動力性能參數(shù)
(1)列車運行速度。列車最高運行速度為 120 km/h，車輛構造速度為 132 km/h。(2)特殊場景下的車輛限制速度。當車輛反向行駛時，車輛速度自動限制為不高于 5 km/h;在洗車模式下，車輛速度限制為不高于 3 km/h。(3)車輛加速度。在平直干燥軌道上，車輛在AW3 載荷下從靜止加速到 40 km/h 的加速度為 1.1 m/s2，從靜止加速到 100 km/h 的加速度為 0.5 m/s2。(4)制動減速度。車輛最大常用等效制動減速度為1.1 m/s2，緊急制動等效減速度為 1.3 m/s2。
2.5 全自動無人駕駛列車各系統(tǒng)及控制功能
滿足自動化等級 4 級(GoA4)的全自動無人駕駛要求，而且列車兼容開通初期進行有人駕駛操作、后期開展全自動駕駛所需的技術，可以實現(xiàn)在既有線路和新線全自動無人駕駛、互聯(lián)互通運營的要求。
在全自動無人駕駛模式下，列車可在運營控制中心(OCC)的統(tǒng)一監(jiān)控下，實現(xiàn)自動喚醒、自動整備、自動自檢、自動運行、自動故障診斷、遠程控制及隔離、自動對位停車、自動休眠待機等功能。
2.6 全自動車輛重聯(lián)運營
本車車頭最前方的車鉤采用全自動車鉤，并配置重聯(lián)模塊，可實現(xiàn) 2 列 4 輛編組列車重聯(lián)運營。配置列車級網(wǎng)關的車輛支持動態(tài)重聯(lián)(無需斷電)。車輛內(nèi)部所有數(shù)據(jù)通過車輛總線傳輸，車輛與車輛之間利用絞線式列車總線(WTB)交互數(shù)據(jù)，連接采用標準 D-sub 連接器。WTB 具備如下特點：(1)介質(zhì)為屏蔽雙絞線;(2)波特率為 1 Mbps;(3)跨距 860 m;(4)最多掛接 22 輛車或 32 個節(jié)點;(5)過程數(shù)據(jù)基本周期為 25 ms;(6)為雙通道冗余。
3 關鍵系統(tǒng)和部件設計
3.1 主電路及牽引系統(tǒng)
4 節(jié)編組列車設置有 2 臺受電弓。正常運行時，2臺受電弓升起，受電弓母線隔離裝置斷開，接觸網(wǎng)中的DC1500V 電壓經(jīng)過受電弓接入車輛，并各自通過相應高壓設備箱中的三位置選擇開關接入高速斷路器與輔助逆變器熔斷器，再經(jīng)過高速斷路器接入牽引逆變器。受電弓可在列車電壓過低時自動升弓，為列車取電。
在GoA4 全自動無人駕駛模式中，當單個受電弓故障時，列車向 OCC 發(fā)送報警，此時列車可以利用 1/2 牽引動力繼續(xù)運行;若需要維持全部牽引動力，則由 OCC 控制列車停車，此時列車將自動隔離故障受電弓，并自動閉合母線隔離裝置，使母線貫通，從而實現(xiàn)全動力運行。列車牽引系統(tǒng)包括高壓電器設備、高速斷路器、牽引電機、牽引逆變器、避雷器、制動電阻等部件。列車的每個動力轉向架均配備牽引逆變器和單獨的控制系統(tǒng)。
為適應本線路坡道大、所需牽引力強的特性，列車牽引動力配置為頭車采用半動半拖車輛、中間車采用全動力車輛，可滿足長距離、大坡道、高加速度條件下的性能要求。此外，牽引系統(tǒng)還負責實施列車的電制動并對電制動過程中產(chǎn)生的再生能量進行回收。回收的能量通過高速斷路器、三位置選擇開關及受電弓優(yōu)先反饋給電網(wǎng)，剩余的輸入制動電阻。
3.2 輔助變流系統(tǒng)
輔助變流系統(tǒng)的功能是為列車各電氣設備提供AC380V、DC110V 電源。其中，輔助逆變器將接觸網(wǎng)DC1500V 電壓通過 DC/AC 隔離轉換為 AC380V 電壓，為列車的空氣壓縮機、風機等負載供電;充電機將輔助逆變器轉換的部分 AC380V 電壓轉換成 DC110V 電壓，為列車照明、控制等系統(tǒng)供電。
列車控制級系統(tǒng)采用 WTB 控制，具備動態(tài)重聯(lián)功能，可實現(xiàn)編組與編組之間的數(shù)據(jù)交換。車輛控制級系統(tǒng)采用多功能車輛總線(MVB)，4 節(jié)車輛為 1 個編組(= A - B - B - A=)，每個編組內(nèi)的各車載系統(tǒng)，如中央控制單元(CCU)、事件記錄儀(ER)、中繼器(REPs)、輸入輸出單元(IOM)、人機接口(HMI)、能耗記錄儀等，均通過 MVB 進行數(shù)據(jù)交互。
本車的制動系統(tǒng)采用在世界范圍內(nèi)有良好運行業(yè)績及成熟運營經(jīng)驗的 EP2002 架控制動系統(tǒng)，該系統(tǒng)可滿足 120 km/h 速度等級下的制動性能要求。該系統(tǒng)由 VV120 型活塞壓縮機、EP2002 制動控制閥及輪式盤形制動器、輔助控制模塊、空簧控制裝置、升弓控制裝置等組成。其電空制動系統(tǒng)為模擬式制動系統(tǒng)。此外，牽引系統(tǒng)還可實施電制動(包括再生制動與電阻制動)，并將再生制動產(chǎn)生的能量優(yōu)先反饋給電網(wǎng)。
為適應無人駕駛場景，每扇車門均設置了具有遠程解鎖請求功能的緊急解鎖裝置，以便在緊急情況下開啟車門。其操作受到 OCC 和司機的監(jiān)控。具體操作步驟如下：先拆下緊急解鎖裝置罩板，拉下手柄，發(fā)出解鎖請求;在獲得 OCC 或司機許可(此時緊急解鎖裝置自帶的指示燈會點亮)且車速為 0 時，再次拉下手柄，解鎖車門，手動開門。
包含列車以太網(wǎng)總線、備用音頻總線。其廣播、顯示、視頻監(jiān)控等功能由以太網(wǎng)總線實現(xiàn)，若以太網(wǎng)總線發(fā)生故障，則啟動備用音頻總線，用于實現(xiàn) OCC 對列車的廣播。列車配置的車載廣播電視系統(tǒng)可用于播放廣告、新聞等視頻。此外，每節(jié)車配置 6 塊獨立于 PIS 組網(wǎng)的 18.5 寸高清顯示器;每列車配置 1 臺數(shù)字信息播放設備及天線，其可輸出 M12接口形式的視頻流信息，以便顯示屏接入并流暢播放。
4 列車防火安全設計
火災是威脅地鐵列車運行安全的重要風險因素之一，包括意外疏忽引起的火災和技術缺陷引起的火災 2類。地鐵列車防火是一項系統(tǒng)工程，貫穿于其全壽命周期內(nèi)。防火安全設計的目的是降低列車起火的概率，并在火災發(fā)生后迅速控制住火勢蔓延，保護乘客及工作人員的人身安全。列車防火安全設計應從火災預防和火災控制 2 方面展開。
4.1 防火設計及其依據(jù)
土耳其伊斯坦布爾新機場線地鐵列車設計人員依據(jù)各種相關的國際標準和規(guī)范進行了如下防火安全設計。(1)防火措施操作類別(OC)。根據(jù) EN 45545-1-2013《鐵路應用 鐵路車輛防火 第 1 部分：總則》將本車的 OC 定義為 OC2。(2)車輛材料火災危害等級。根據(jù) EN 45545-2-2020《鐵路應用 鐵路車輛防火 第 2 部分：材料和零件的防火性能要求》確定本車材料火災危害等級為 HL2。
(3)非金屬材料防火等級。根據(jù)所應用材料的不同，分別對各個部件進行防火性能設定，各種材料均須滿足 EN 45545-2-2020 中 HL2 等級的要求。(4)耐火結構性能。本車車輛結構滿足 EN 455453-2013《鐵路應用 鐵路車輛防火 第 3 部分：防火隔板的耐火要求》中表 1 防火隔板的要求，車內(nèi)大功率電氣柜(功率大于 20 kW)、地板結構等的耐火性能達到 E15、I15 等級要求。
(5) 火災初期車輛防火安全性。 本車符合 EN45545-4-2013《鐵路應用 鐵路車輛防火 第 4 部分：鐵路車輛設計防火安全性要求》中對于車輛防火安全性的要求。(6)電氣設備防火安全性。本車符合 EN 45545-5-2013+A1-2015《鐵路應用 鐵路車輛的防火保護 第 5 部分：無軌電車、有軌電車和磁懸浮列車電子電氣設備的防火安全要求》中對于車輛電氣設備防火安全性的要求。(7)滅火措施。本車司機室、客室內(nèi)均配置 ABC 干粉滅火器。
(8)火災控制和管理系統(tǒng)。本車符合 EN45545-6-2013《鐵路應用 鐵路車輛防火 第 6 部分：火焰控制和管理系統(tǒng)》中對于車輛火災控制和管理系統(tǒng)要求。(9)應急設備及其功能維持性。根據(jù) EN45545《鐵路應用 鐵路車輛防火》標準系列和EN 50553-2012+A1-2016《鐵路應用 鐵路車輛火災條件下的運行能力要求》，對本車與疏散安全和應急處置相關的系統(tǒng)和設備進行完整性設計，包括通信(含乘客緊急報警裝置、客室廣播系統(tǒng)，以及與 ATC 或 OCC 通信的設施等)、牽引、制動、車門、列車總線、緊急照明、火災探測、應急供電(蓄電池在壽命期限內(nèi)應滿足 45 min 緊急負載供電要求)等系統(tǒng)，以保證其具有足夠的耐火完整性或冗余度。
5 結語
土耳其伊斯坦布爾新機場線地鐵列車采用多種先進的關鍵技術，可滿足長距離、大坡道、高加速度條件下的性能要求。列車已于 2021 年 11 月投入使用，最高運行速度達到 120.75 km/h，在運行過程中展現(xiàn)出安全、高速、舒適的優(yōu)異性能，獲得土耳其交通部長及當?shù)厣鐣母叨荣澴u。在未來 30 年內(nèi)，這條地鐵線路將在道路維護、節(jié)能減排等方面為土耳其節(jié)省約 301 萬美元(2920 萬土耳其里拉)的費用支出。
參考文獻
[1] GB/T 7928-2003 地鐵車輛通用技術條件 [S]. 2003.
[2] EN 45545-1-2013 鐵路應用 鐵路車輛防火 第 1 部分：總則 [S]. 2013.
[3] EN 45545-2-2020 鐵路應用 鐵路車輛防火 第 2 部分：材料和零件的防火性能要求 [S]. 2020.
[4] EN 45545-3-2013 鐵路應用 鐵路車輛防火 第 3 部分：防火隔板的耐火要求 [S]. 2013.
[5] EN 45545-4-2013 鐵路應用 鐵路車輛防火 第 4 部分：鐵路車輛設計防火安全性要求 [S]. 2013.
[6] EN 45545-5-2013+A1-2015 鐵路應用 鐵路車輛的防火保護 第 5 部分：無軌電車、有軌電車和磁懸浮列車電子電氣設備的防火安全要求 [S]. 2015.
[7] EN 45545-6-2013 鐵路應用 鐵路車輛防火 第 6 部分：火焰控制和管理系統(tǒng) [S]. 2013.
[8] EN 50553-2012+A1-2016 鐵路應用 鐵路車輛火災條件下的運行能力要求 [S]. 2016.
[9] EN 15663-2017 鐵路應用 車輛參考質(zhì)量的定義 [S].2017.
作者：尚江傲1，2，趙小軍1，蔣百威1
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