土耳其伊斯坦布尔新机场线地铁列车总体设计

　　摘 要：土耳其伊斯坦布尔新机场线地铁列车由中车株洲电力机车有限公司自主研发，属于中国首个交付伊斯坦布尔的地铁列车项目。文章从车辆总体技术性能、关键系统及部件设计、防火安全设计三大方面对其总体设计方案进行介绍，阐述其技术优势和性能特点。

　　关键词：地铁列车;土耳其伊斯坦布尔新机场线;总体技术性能;关键系统及部件;防火安全设计

　　1 概述

　　土耳其伊斯坦布尔新机场线地铁列车由中车株洲电力机车有限公司自主研发，属于中国首个交付伊斯坦布尔的地铁列车项目。该车为重载高强度的全自动驾驶地铁列车，能够适应各种无人驾驶运行场景和机场线路不同时段高峰客流量的需求。其总体性能特点如下。

　　(1)是首个出口海外的 120 km/h 速度等级 4 节编组地铁列车，头车采用半动半拖(即一个转向架为带动力的动车转向架，另一个转向架为不带动力的拖车转向架)B 型车辆，中间车采用全动力 B 型车辆，满足 15 t大轴重要求。(2)列车采用全自动驾驶设计和全自动车辆重联技术，可适应各种无人驾驶运营场景的需求和机场线路不同时段高峰客流量的需求。

　　(3)首次采用满足安全完整性等级 2 级(SIL2)的全新地铁列车控制系统，可使列车运行更加安全。(4)装配适应大坡道、高牵引特性的列车牵引系统，满足长距离、大坡道、高加速度条件下的性能要求。(5)采用高速条件下的低噪声技术，可满足隧道内客室最大噪声不超过 78 dB(A)的要求。(6)采用可满足欧洲最新 EN 45545《铁路应用 铁路车辆防火》系列标准要求的长站间距(平均 4 km，最长 10 km)防火技术。

　　2 车辆总体技术性能

　　2.1 列车编组及受流方式

　　列车采用 4 节编组，编组形式为 = A - B - B - A =，其中 A 车为带司机室的半动半拖车辆，B 车为无司机室带受电弓的动车，= 为全自动车钩，- 为半永久式牵引杆。车体采用铝合金 V 型断面，受流方式为 DC1500V受电弓受流。

　　2.2车辆主要尺寸及参数

　　2.3 列车载客能力

　　列车载客数量为有座乘客与站立乘客数量的总和。每节 A 车与 B 车的额定座位均为 30 个，因此 4 辆编组列车的总座位数为 120 个。对于站立乘客数量的计算，应首先推算出站立区面积，再由此得出不同工况下的站立乘客数量。

　　欧洲标准 EN 15663-2017《铁路应用 车辆参考质量的定义》中规定，在计算列车载客量时，乘客在车内停留的区域中地板与天花板之间的高度不应小于1 850 mm，站立区面积为车厢面积减去座位面积及座位前方为乘客脚部预留的 300 mm 宽空间面积。根据 EN15663-2017 规定进行计算可得，本车 A 车的站立区面积为 28.5 m2，B 车为 32.4 m2，整列车为 121.8 m2。

　　2.4 列车动力性能参数

　　(1)列车运行速度。列车最高运行速度为 120 km/h，车辆构造速度为 132 km/h。(2)特殊场景下的车辆限制速度。当车辆反向行驶时，车辆速度自动限制为不高于 5 km/h;在洗车模式下，车辆速度限制为不高于 3 km/h。(3)车辆加速度。在平直干燥轨道上，车辆在AW3 载荷下从静止加速到 40 km/h 的加速度为 1.1 m/s2，从静止加速到 100 km/h 的加速度为 0.5 m/s2。(4)制动减速度。车辆最大常用等效制动减速度为1.1 m/s2，紧急制动等效减速度为 1.3 m/s2。

　　2.5 全自动无人驾驶列车各系统及控制功能

　　满足自动化等级 4 级(GoA4)的全自动无人驾驶要求，而且列车兼容开通初期进行有人驾驶操作、后期开展全自动驾驶所需的技术，可以实现在既有线路和新线全自动无人驾驶、互联互通运营的要求。

　　在全自动无人驾驶模式下，列车可在运营控制中心(OCC)的统一监控下，实现自动唤醒、自动整备、自动自检、自动运行、自动故障诊断、远程控制及隔离、自动对位停车、自动休眠待机等功能。

　　2.6 全自动车辆重联运营

　　本车车头最前方的车钩采用全自动车钩，并配置重联模块，可实现 2 列 4 辆编组列车重联运营。配置列车级网关的车辆支持动态重联(无需断电)。车辆内部所有数据通过车辆总线传输，车辆与车辆之间利用绞线式列车总线(WTB)交互数据，连接采用标准 D-sub 连接器。WTB 具备如下特点：(1)介质为屏蔽双绞线;(2)波特率为 1 Mbps;(3)跨距 860 m;(4)最多挂接 22 辆车或 32 个节点;(5)过程数据基本周期为 25 ms;(6)为双通道冗余。

　　3 关键系统和部件设计

　　3.1 主电路及牵引系统

　　4 节编组列车设置有 2 台受电弓。正常运行时，2台受电弓升起，受电弓母线隔离装置断开，接触网中的DC1500V 电压经过受电弓接入车辆，并各自通过相应高压设备箱中的三位置选择开关接入高速断路器与辅助逆变器熔断器，再经过高速断路器接入牵引逆变器。受电弓可在列车电压过低时自动升弓，为列车取电。

　　在GoA4 全自动无人驾驶模式中，当单个受电弓故障时，列车向 OCC 发送报警，此时列车可以利用 1/2 牵引动力继续运行;若需要维持全部牵引动力，则由 OCC 控制列车停车，此时列车将自动隔离故障受电弓，并自动闭合母线隔离装置，使母线贯通，从而实现全动力运行。列车牵引系统包括高压电器设备、高速断路器、牵引电机、牵引逆变器、避雷器、制动电阻等部件。列车的每个动力转向架均配备牵引逆变器和单独的控制系统。

　　为适应本线路坡道大、所需牵引力强的特性，列车牵引动力配置为头车采用半动半拖车辆、中间车采用全动力车辆，可满足长距离、大坡道、高加速度条件下的性能要求。此外，牵引系统还负责实施列车的电制动并对电制动过程中产生的再生能量进行回收。回收的能量通过高速断路器、三位置选择开关及受电弓优先反馈给电网，剩余的输入制动电阻。

　　3.2 辅助变流系统

　　辅助变流系统的功能是为列车各电气设备提供AC380V、DC110V 电源。其中，辅助逆变器将接触网DC1500V 电压通过 DC/AC 隔离转换为 AC380V 电压，为列车的空气压缩机、风机等负载供电;充电机将辅助逆变器转换的部分 AC380V 电压转换成 DC110V 电压，为列车照明、控制等系统供电。

　　列车控制级系统采用 WTB 控制，具备动态重联功能，可实现编组与编组之间的数据交换。车辆控制级系统采用多功能车辆总线(MVB)，4 节车辆为 1 个编组(= A - B - B - A=)，每个编组内的各车载系统，如中央控制单元(CCU)、事件记录仪(ER)、中继器(REPs)、输入输出单元(IOM)、人机接口(HMI)、能耗记录仪等，均通过 MVB 进行数据交互。

　　本车的制动系统采用在世界范围内有良好运行业绩及成熟运营经验的 EP2002 架控制动系统，该系统可满足 120 km/h 速度等级下的制动性能要求。该系统由 VV120 型活塞压缩机、EP2002 制动控制阀及轮式盘形制动器、辅助控制模块、空簧控制装置、升弓控制装置等组成。其电空制动系统为模拟式制动系统。此外，牵引系统还可实施电制动(包括再生制动与电阻制动)，并将再生制动产生的能量优先反馈给电网。

　　为适应无人驾驶场景，每扇车门均设置了具有远程解锁请求功能的紧急解锁装置，以便在紧急情况下开启车门。其操作受到 OCC 和司机的监控。具体操作步骤如下：先拆下紧急解锁装置罩板，拉下手柄，发出解锁请求;在获得 OCC 或司机许可(此时紧急解锁装置自带的指示灯会点亮)且车速为 0 时，再次拉下手柄，解锁车门，手动开门。

　　包含列车以太网总线、备用音频总线。其广播、显示、视频监控等功能由以太网总线实现，若以太网总线发生故障，则启动备用音频总线，用于实现 OCC 对列车的广播。列车配置的车载广播电视系统可用于播放广告、新闻等视频。此外，每节车配置 6 块独立于 PIS 组网的 18.5 寸高清显示器;每列车配置 1 台数字信息播放设备及天线，其可输出 M12接口形式的视频流信息，以便显示屏接入并流畅播放。

　　4 列车防火安全设计

　　火灾是威胁地铁列车运行安全的重要风险因素之一，包括意外疏忽引起的火灾和技术缺陷引起的火灾 2类。地铁列车防火是一项系统工程，贯穿于其全寿命周期内。防火安全设计的目的是降低列车起火的概率，并在火灾发生后迅速控制住火势蔓延，保护乘客及工作人员的人身安全。列车防火安全设计应从火灾预防和火灾控制 2 方面展开。

　　4.1 防火设计及其依据

　　土耳其伊斯坦布尔新机场线地铁列车设计人员依据各种相关的国际标准和规范进行了如下防火安全设计。(1)防火措施操作类别(OC)。根据 EN 45545-1-2013《铁路应用 铁路车辆防火 第 1 部分：总则》将本车的 OC 定义为 OC2。(2)车辆材料火灾危害等级。根据 EN 45545-2-2020《铁路应用 铁路车辆防火 第 2 部分：材料和零件的防火性能要求》确定本车材料火灾危害等级为 HL2。

　　(3)非金属材料防火等级。根据所应用材料的不同，分别对各个部件进行防火性能设定，各种材料均须满足 EN 45545-2-2020 中 HL2 等级的要求。(4)耐火结构性能。本车车辆结构满足 EN 455453-2013《铁路应用 铁路车辆防火 第 3 部分：防火隔板的耐火要求》中表 1 防火隔板的要求，车内大功率电气柜(功率大于 20 kW)、地板结构等的耐火性能达到 E15、I15 等级要求。

　　(5) 火灾初期车辆防火安全性。 本车符合 EN45545-4-2013《铁路应用 铁路车辆防火 第 4 部分：铁路车辆设计防火安全性要求》中对于车辆防火安全性的要求。(6)电气设备防火安全性。本车符合 EN 45545-5-2013+A1-2015《铁路应用 铁路车辆的防火保护 第 5 部分：无轨电车、有轨电车和磁悬浮列车电子电气设备的防火安全要求》中对于车辆电气设备防火安全性的要求。(7)灭火措施。本车司机室、客室内均配置 ABC 干粉灭火器。

　　(8)火灾控制和管理系统。本车符合 EN45545-6-2013《铁路应用 铁路车辆防火 第 6 部分：火焰控制和管理系统》中对于车辆火灾控制和管理系统要求。(9)应急设备及其功能维持性。根据 EN45545《铁路应用 铁路车辆防火》标准系列和EN 50553-2012+A1-2016《铁路应用 铁路车辆火灾条件下的运行能力要求》，对本车与疏散安全和应急处置相关的系统和设备进行完整性设计，包括通信(含乘客紧急报警装置、客室广播系统，以及与 ATC 或 OCC 通信的设施等)、牵引、制动、车门、列车总线、紧急照明、火灾探测、应急供电(蓄电池在寿命期限内应满足 45 min 紧急负载供电要求)等系统，以保证其具有足够的耐火完整性或冗余度。

　　5 结语

　　土耳其伊斯坦布尔新机场线地铁列车采用多种先进的关键技术，可满足长距离、大坡道、高加速度条件下的性能要求。列车已于 2021 年 11 月投入使用，最高运行速度达到 120.75 km/h，在运行过程中展现出安全、高速、舒适的优异性能，获得土耳其交通部长及当地社会的高度赞誉。在未来 30 年内，这条地铁线路将在道路维护、节能减排等方面为土耳其节省约 301 万美元(2920 万土耳其里拉)的费用支出。

　　参考文献

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　　[2] EN 45545-1-2013 铁路应用 铁路车辆防火 第 1 部分：总则 [S]. 2013.

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　　[6] EN 45545-5-2013+A1-2015 铁路应用 铁路车辆的防火保护 第 5 部分：无轨电车、有轨电车和磁悬浮列车电子电气设备的防火安全要求 [S]. 2015.

　　[7] EN 45545-6-2013 铁路应用 铁路车辆防火 第 6 部分：火焰控制和管理系统 [S]. 2013.

　　[8] EN 50553-2012+A1-2016 铁路应用 铁路车辆火灾条件下的运行能力要求 [S]. 2016.

　　[9] EN 15663-2017 铁路应用 车辆参考质量的定义 [S].2017.

　　作者：尚江傲1，2，赵小军1，蒋百威1