(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710043)

城市軌道交通車輛牽引能耗的影響因素

李波濤

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710043)

節(jié)能減排是軌道交通可持續(xù)發(fā)展的重要目標(biāo)。該文基于城市軌道交通列車運(yùn)行能耗仿真系統(tǒng)，結(jié)合重慶軌道交通六號線二期工程實(shí)例，選取工程線路土建參數(shù)、車輛參數(shù)等進(jìn)行配置,模擬不同的運(yùn)行交路、坡度方案和再生制動情況下,列車運(yùn)行過程中的牽引能耗的變化情況,從而為同類軌道交通工程設(shè)計(jì)提供參考,并以此作為能耗優(yōu)化方案的基礎(chǔ),對于降低牽引能耗和運(yùn)營成本起到重要的作用。

軌道交通；運(yùn)行交路；節(jié)能坡；再生制動;能耗

軌道交通系統(tǒng)作為一種大運(yùn)量的公共交通系統(tǒng)，在城市的節(jié)能減排中發(fā)揮著不可替代的作用。但軌道交通本身又是耗能大戶之一，近年來軌道交通能耗在城市公共基礎(chǔ)設(shè)施總能耗中所占的比重越來越大，這其中車輛牽引能耗約占到軌道交通能耗的一半左右[1]。但目前國內(nèi)針對軌道交通能耗研究多是側(cè)重于牽引計(jì)算方法[2-4]、節(jié)能坡的理論研究[5]或節(jié)能管理措施研究[6]，結(jié)合實(shí)際工程項(xiàng)目進(jìn)行牽引能耗影響的研究很少。軌道交通運(yùn)行交路方案、線路方案和車輛選型三個(gè)因素都直接影響到車輛牽引能耗，工程設(shè)計(jì)中如何考慮運(yùn)行交路、節(jié)能坡和再生制動對減少運(yùn)營期車輛牽引能耗成為軌道交通節(jié)能設(shè)計(jì)的一個(gè)重要的研究課題。該文以重慶軌道交通六號線二期工程為例，從上述三個(gè)方面進(jìn)行仿真模擬計(jì)算與分析。

1 重慶軌道交通六號線二期工程概況

重慶軌道交通六號線全線全長約60 km,二期工程是一期工程的南北兩側(cè)延伸線。二期工程線路全長37.55 km，其中南段長11.47 km，北段長26.08 km。二期工程地下線長31.13 km，高架線長5.89 km，地面線及敞開段長0.53 km。共設(shè)12座車站(換乘站3座)，其中地下站10座，高架站2座，平均站間距3.14 km；車輛采用B型車；設(shè)車輛段和停車場各一處。設(shè)主變電所三座。車輛行駛速度目標(biāo)值100 km/h。

2 運(yùn)行交路、節(jié)能坡和再生制動對牽引能耗的影響

2.1 運(yùn)行交路

一般情況軌道交通常用交路方案是貫通交路(圖1)，重慶軌道交通六號線二期工程采用的是搭接交路方案(圖2)。本次針對貫通交路和搭接交路采用城市軌道交通列車運(yùn)行能耗仿真系統(tǒng)進(jìn)行牽引模擬計(jì)算(圖3)，并對兩個(gè)交路方案的耗電量進(jìn)行對比，對比分析結(jié)果見表1。

圖1 貫通交路方案交路圖

圖2 搭接交路方案交路圖

表1 不同交路方案仿真模擬能耗計(jì)算對比表

圖3 牽引計(jì)算系統(tǒng)仿真模擬計(jì)算圖

通過對不同運(yùn)營交路牽引仿真模擬能耗結(jié)果，初、近、遠(yuǎn)期搭接交路方案牽引能耗比貫通交路方案能耗分別節(jié)約電能3 515×104kW·h、4 073×104kW·h和6 400×104kW·h，節(jié)能效果顯著。

重慶市軌道交通六號線斷面客流量呈中間大兩端小的特點(diǎn)，因而采取中間客流斷面大的區(qū)段開行較多的列車對數(shù)，兩端客流斷面小的區(qū)段開行較少的列車對數(shù)的方式，可以節(jié)省運(yùn)行列車，搭接交路方案恰好可以有效解決這一問題，減少高峰小時(shí)運(yùn)行車數(shù)，同時(shí)也縮短了平峰時(shí)段的交路距離，降低了車輛牽引能耗。

2.2 節(jié)能坡

節(jié)能坡，即遵循“高站位、低區(qū)間”的設(shè)計(jì)原則。列車從車站起動后，借助下坡的勢能增加列車加速度，縮短列車牽引時(shí)間，從而達(dá)到節(jié)能的目的。列車進(jìn)站停車時(shí)，可借助坡度阻力，降低列車速度，縮短制動時(shí)間．減少制動發(fā)熱，節(jié)約環(huán)控能量消耗。在節(jié)能坡條件下，列車開始制動的初速一般在40～50 km/h之間；而在非節(jié)能坡條件下，制動初速一般在60～70 km/h之間。

模型選取重慶軌道交通六號線龍鳳溪站兩個(gè)設(shè)置方案，進(jìn)行了縱坡設(shè)計(jì)的模擬計(jì)算和分析。節(jié)能坡方案采取以300 m長坡段、25‰的上坡度進(jìn)站，以25‰的下坡、500 m坡長出站。圖4為龍鳳溪站坡度方案圖。

圖4 龍鳳溪站段坡度方案比選圖

表2 不同坡度方案牽引能耗對比

通過對不同線路縱斷面方案模擬計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，采用節(jié)能坡的方案初、近、遠(yuǎn)期每年分別節(jié)約電能42×104kW·h、56×104kW·h和72×104kW·h。

2.3 再生制動

由于城市軌道交通系統(tǒng)站間距短，列車起制動頻繁，制動減速度要求高，為此車輛一般都設(shè)有電制動系統(tǒng)，而且采用電制動也可有效的減少車輪、閘瓦磨耗及環(huán)境污染。軌道交通車輛采用的電制動方式一般有再生制動和電阻制動兩種方式。軌道交通六號線車輛設(shè)置電(再生)制動、空氣制動；牽引供電系統(tǒng)在車站牽引變電所設(shè)置逆變加電阻制動吸收裝置。逆變吸收回饋裝置，將再生制動電能逆變成交流380/220 V電能回饋至降壓變電所低壓母線供用電設(shè)備使用，多余電能通過降壓變壓器回饋至35 kV系統(tǒng)。當(dāng)逆變吸收裝置不能吸收的多余再生制動電能部分利用電阻制動吸收裝置將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。?dāng)列車行車間隔2 min時(shí)，再生幾率約30%～40%。軌道交通六號線將車輛再生制動、空氣制動、逆變加電阻制動裝置結(jié)合起來應(yīng)用。這樣既充分利用了再生制動的優(yōu)點(diǎn)，將再生制動電能轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Γ瑴p少了列車運(yùn)行再生制動的發(fā)熱量，既節(jié)約電能，又減少對環(huán)境的污染；保證了電制動的穩(wěn)定性。當(dāng)列車行駛速度降至小于10 km/h才使用空氣制動。再生制動能量巨大，當(dāng)再生制動利用20%時(shí)，在運(yùn)營初期，年可節(jié)約電能280×104kW·h/a，節(jié)能效果顯著。

3 結(jié)束語

城市軌道交通與其它交通工具相比，雖是一種節(jié)能環(huán)保型交通工具，但因其能耗總量巨大，尤其是車輛牽引耗能量很大，實(shí)施城市軌道交通系統(tǒng)的二次節(jié)能是十分必要的[8-9]。

該文結(jié)合重慶軌道交通六號線工程設(shè)計(jì)實(shí)例，通過仿真模擬計(jì)算，分析了不同的運(yùn)行交路、節(jié)能坡和再生制動設(shè)計(jì)對車輛牽引能耗的影響，對今后同類工程的設(shè)計(jì)起到一定的借鑒作用。

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AnalysisofInfluencingFactorsoftheTractionenergyConsumptionofRailTransitVehicles

LI Bo-tao

(Design Institute Group Co.,ltd.，Xi’an 710043，China)

Energy saving and emission reduction are important goals of sustainable development of rail transit. Based on the energy consumption simulation system of urban rail transit vehicles, combined with the case of Phase II project of Chongqing Rail Transit Line 6, this article chose civil engineering parameters and vehicle parameters of engineered routes to configure and simulated different situations of cross-road operation, slope scheme and regenerative braking in order to study the changes of traction energy consumption in the process of train running. Thus we can provide references for designs of similar rail transit projects, and as a basis of energy consumption optimization scheme, it plays an important role in reducing traction energy consumption and operating costs.

rail transit;cross-road operation;energy-saving slope;regenerative braking；energy consumption

2014-02-27修訂稿日期2014-04-30

李波濤(1981～)，男，碩士，工程師,研究方向?yàn)殍F路、城市軌道交通節(jié)能評估及環(huán)境影響評價(jià)。

U231

A

1002-6339 (2014) 04-0377-04