电源解决方案

铁路供电系统的尺寸设计是复杂的。为了获得能够在整个寿命周期内满足交通需求的电源，对电力系统进行改进或升级是不可避免的。北部跨高山线路里昂-圣让·德·莫里安和南部高山走廊的许多计划项目需要研究其电力供应的规模和评估，以便权衡投资建议。

作为里昂和都灵之间新铁路连接的一部分，将在阿尔卑斯山下建造52公里长的法国-意大利基地隧道。从里昂到基地隧道的路线穿过阿尔卑斯走廊，这是一条南北走廊，连接Geneva-Chambéry-Grenoble。由于在容量和速度方面的性能要求，RFF (Réseau Ferré de France)计划在里昂和阿尔卑斯走廊之间修建两条单独的线路。其中一条是里昂(St Exupéry)和Chambéry北部之间78公里长的客运高速铁路，它将通过两条连续的隧道穿过杜林和埃平山脉。另一条主要是新建的货运列车线路，连接里昂(St Exupéry，在那里连接里昂绕行线)和阿尔卑斯走廊(Alpine Corridor)，到Montmélian以南，将通过隧道穿过查特鲁兹山脉。在阿尔卑斯走廊的东部，客运需求是这样的，货运和客运可以集中在一条新的线路上，这条线路将通过bellledonne和Glandon/Rocheray地块的隧道连接St Jean de Maurienne，随后将通过Franco - italy基地隧道继续通往都灵。此外，还有人讨论在2020年之前在里昂-格勒诺布尔和瓦朗-莫伊朗之间建立一条捷径，以改善通往格勒诺布尔的线路的条件，这一项目被称为分流。

尽管通往都灵的隧道(部分)将在2020年通车，但并非所有从里昂到法国-意大利基地隧道的计划路线都将在那之前完成。这条线路的第一部分，从里昂机场Exupéry到Avressieux，将由高速列车和货运列车混合运行。虽然下一段应该发展成单独的货运和客运路线，但这项工作到目前为止还没有完成。这意味着至少到2020年，货运列车和客运列车将共享同一条轨道，直到Avressieux，最高速度为220公里/小时，从那时起客运服务和货运服务将遵循各自的路线。通往圣让-毛里安的最后一段线路也不会在2020年之前完工，这意味着所有开往都灵的列车都必须使用现有的“毛里安铁路”。

虽然目前并不是走廊上的所有线路都实现了电气化，但到2020年应该会实现。里昂-格勒诺布尔和圣André le Gaz - Chambéry线路已经安装了25 kVAC自耦变压器系统。里昂和阿尔卑斯走廊之间的新线路将由乘客服务线路的25 kVAC自耦变压器系统供电，部分由货运列车线路的25 kVAC系统供电。为此目的，计划建造三个变电站。到2013年，瓦朗斯-莫伊兰线路将配备双轨，除了Romans Bourg de Péage和St Marcellin之间的单轨，并提供25 kVAC的电力供应。馈电将来自现有的25kVAC变电站。同样，格勒诺布尔- Montmélian线路将使用靠近国家电网的新变电站供电至25kVAC自耦变压器系统，里昂和阿尔卑斯走廊之间的货运线路也将使用该变电站。相反，Chambéry - St Jean de Maurienne线路将在未来保持其1500 VDc的电力供应，尽管早期的研究表明这种电力供应已经被拉伸到最大容量。

各种各样的研究

未来几年的发展计划被划分为该地区的许多项目。新老线路电气化的各种影响已在10多项研究中详细说明。然而，尚未对所有这些项目和电气化如何相互作用进行全面研究。此外，RFF计划在2007年第三季度之前将其中一些开发项目的合同投放市场，但仍然缺少必要的信息。因此，RFF聘请ARCADIS进行了全面研究，分析了这一复杂的铁路网状况，以及该地区各种线路电气化适应和现代化的后果。更具体地说，这项研究的目的是评估变电站的数量，这些变电站需要在2013年和2020年的视野内满足所需的性能水平，包括稳健性、可靠性、质量、尺寸、生命周期和安装成本。

整体电源研究方法

有两种方法可以对未来场景下的供电能力进行研究:

1. 定性方法:可用于寻找电力供应是否能满足(未来)增加的交通需求的情况。例如，如果供电网络目前已经达到其容量上限，它将无法容纳大量增加的流量。
2. 定量方法:更适合从能源消耗的角度深入了解供电网络功能的不同组成部分，并确定哪些措施可以帮助响应未来的需求。这种方法的另一个优点是，它可以对电力系统进行特定的改进。

在整体研究中，我们使用了这两种方法的组合，以满足国家电网和使用该网络的列车的需求。

欧洲标准EN50388为现有和新铁路连接供电系统的定量分析提供了实用标准，包括1500 VDC和25 kVAC。基于这些标准，对网络的首次扫描将通过平均有用电压来演示变电站的性能和整个电力系统的质量指标。该电压必须在动态负载流中通过模拟得到。

Xandra模拟工具

为了进行动态潮流计算的定量分析，我们使用了仿真工具Xandra。使用ARCADIS内部开发的这个工具，可以对网络进行建模，从而分析开发场景和优化交通流。此外，它还允许对基础设施、信号、电力供应和机车车辆进行整合修改，这使它成为长期研究中计算未来改进服务效果的完美工具。

要在Xandra中构建一个模型，通常需要以下信息:

• 轨道及其轨道特性以及高度轮廓。这包括线路在更大网络中的集成及其连接分支和局部约束。
• 列车的车辆和特性，以及运行的时刻表。
• 供电系统及其特点，如变电站的位置、类型和电缆连接。
• 安全系统和信号系统。

该仿真工具能够基于常规的无延误时间表或基于蒙特卡罗可变性的时间表的延误/交通干扰的随机方法进行开发研究。然而，该工具还允许使用ATP-EMTP(使用卡森公式的EMTP线路模型)基于电线的相互耦合计算电源的负载流，并返回列车的机械功率。Xandra可以在一个网络模拟中结合直流(DC)和交流(AC)线路，使其非常适合结合1500 VDC和25 kVAC线路的整体研究。

建模的网络和场景

由于铁路网的电力需求取决于列车数量、列车类型、列车时刻表以及特定区域周围的基础设施类型，所有这些方面都被纳入了Xandra模型。

考虑到线路位于山区地形，斜坡对列车的加速和减速起着重要作用，所有斜坡超过6%和所有小于250米的弧线都包含在模型的高度和长度剖面中。电源和牵引设计是从各种研究中复制的，也包括在模型中。接下来，整个区域的时间表是从RFF文件中解释出来的。对于模型中的所有车辆，从牵引力到重量和名义减速的特性都已集成。

为了能够分阶段研究这种情况，并确定牵引网络的鲁棒性，研究了两种场景。对于这两种情况，都模拟了基础设施、牵引系统和估计交通量的特征。第一种情景包括参考情况，即2013年的地平线。到目前为止，南部阿尔卑斯走廊(Sillon Alpin Sud)与瓦朗斯TGV站的LGV Méditerranée的连接将已经建成，第三条轨道Gières也将建成，并通过将瓦朗斯-莫伊朗全线的两倍路段和电气化，以及格勒诺布尔- Montmélian线路Gières - Montmélian路段的电气化和现代化来增加容量。这一阶段的结果将表明可能的储量和潜力，以及RFF将提供的新变电站和新装置的规格。基于这些数据，RTE将能够检查现有的国家电网是否能够应对需求。

第二个视角是2020年的形势。除了2013年阶段设定的参数外，Rives分流隧道和里昂-都灵路线的第一阶段应该投入使用(里昂到Avressieux的混合交通，由Chartreuse下的单管货运隧道组成，连接格勒诺布尔- Momtmélian线，以及Dullin - L 'Epine下的客运隧道)。

通过对这些场景的模拟，可以确定受电弓的平均有用张力，以保证车辆的最佳性能。计算各时段变电站的平均输出功率，以确保变电站的尺寸正确。最后，对变电站接入国家电网时的不平衡进行了研究。

成就

通过Xandra，轨道网络和相应的牵引系统可以被建模为未来交通的功能。通过这种方式，可以确定牵引系统的尺寸是正确的，哪些部分执行较少，以及哪些部分需要改进以纠正尺寸不正确的部分。总的来说，模拟为RFF提供了各种特定线路SNCF研究正确性的信心。整体研究不仅证实了SNCF早期的结论，还表明一条线路的电气化或建设不会对另一个项目造成损害。因此，现有的1500 VDC Chambéry - St Jean de Maurienne线路可以保持目前的最大使用容量，直到2013年，尽管它将无法管理2020年的时间表。到2020年，新增三个25 kVAC变电站将足以为新线路提供熟练的电力。这些新的RFF变电站可以由附近的225千伏和400千伏公用事业线路供电。另外，在里昂和阿尔卑斯走廊之间的线路之前的研究中，建议在Le Chaffard增加一个新站，而在Grenay的RFF变电站也可以增加新的组。

发人深思

然而，模拟结果也提供了一些值得思考的东西。一般来说，一条25 kVAC的电气化线路及其变电站将连接到超过100 kVAC的高压网络。那么，只有不平衡的问题才会对这种联系造成问题。不平衡是指三个分支的三相电力供应必须在时间和规模上大致相等，这意味着不同分支的列车必须同时需要或多或少相等的电量。RTE所接受的供这三个支路的变电站的最大不平衡允准值为1.8%，平均10分钟。

Perelle变电站连接到一个63 kVAC的网络，负载已经很重，这使得事情比更常见的连接更加微妙。这就是我们关注该变电站不平衡的原因。在2013年圣马塞尔莱瓦朗斯-莫伊兰路段的电气化情况下，预计佩雷尔变电站将出现1.2%左右的不平衡，这意味着这不会对该线路上的列车运行造成任何问题。然而，佩莱尔变电站所处的电网已经负荷过重，这意味着从现有的国家电网向其供电可能很困难，需要修建一条新的连接线。然后，模拟再次表明，来自列车需求的网络上的实际负荷将小于建议的2 x 30MVA变压器的额外负荷。这一知识可以被证明是有益的，在考虑是保持当前的变电站，还是在更接近225kV线路的位置创建一个新的RFF变电站，具有更高的连接值。

优化投资

最后，ARCADIS为2020年的情况提供了一种替代方案，其中Chambéry - St Jean de Maurienne线路的1500 VDC电源被25 kVAC解决方案取代。这将有两个明显的优势。首先，货运列车的时速允许在100到120公里之间，但由于缺乏1500 VDC的可用电力，在这条线路的陡坡上，货运列车只能勉强达到70公里/小时。2020年的列车时刻表将被这些低速度严重打乱，列车将一辆接一辆地等待。即使对现有变电站进行升级，并在线路上增加5或6个新的1500 VDC变电站，也无法缓解列车在这些斜坡上以有限的电力运行的事实。然而，对于25 kVAC的进给，这种更高的速度和工作时间表是可行的。其次，替代方案将需要更少的变电站。用于为里昂-都灵线路供电的变电站(RFF Ste Hélène du Lac和新的RFF St Jean de Maurienne)可以用来取代Aix les Bains和Modane之间的完整1500 VDC电力供应，以及从圣皮埃尔阿尔比尼到阿尔贝维尔的部分线路。

因此，整体研究使RFF能够考虑复杂的项目组合中的各个阶段，并根据其实际需要在供电网络中分配投资，也就是说，将投资集中在性能与预期流量关系最小的地方。

关于作者

Remco Paulussen他拥有电气工程硕士学位，自1998年以来一直在ARCADIS工作。在参与Xandra的开发过程中，他使用它来实现容量研究，处理关键点的饱和问题，分析供电网络和尺寸变电站。

莫里斯Debrand， SNCF工程师，2001年加入Réseau Ferré de France，担任里昂西永阿尔卑斯高铁的项目经理，Rhône Isère Avant-Pays Savoyard的区域经理，自2005年以来，他还管理西永阿尔卑斯瓦朗-格勒诺布尔- Montmélian南部的现代化。

Margo van Vliet MA她获得了格罗宁根大学和乌得勒支大学的学位。自2001年以来，她一直在ARCADIS担任高级顾问，参与Xandra项目的管理和一般项目管理。

米凯尔贝克他在Supélec工程学院(法国)和卧龙岗大学(澳大利亚)获得硕士学位。自2004年以来，他一直在ARCADIS工作。