地铁B型车牵引能耗与再生制动节能效果分析

地铁 B型车牵引能耗与再生制动节能效果分析

武雨生

济南轨道交通集团有限公司 山东省济南市 250101

摘要：伴随着城市交通体系的日渐发达,以及节能城市的建设,交通发展需要在原始交通工具正常运行的基础上,降低其能耗,实现交通工具的节能减排，希望通过相关的研究促进城市地铁节能减排运行。

关键词：地铁B型车牵引能耗；再生制动节能效果；

前言

随着我国现代化建设和社会经济的飞速发展，现代城市人口大量增加、地域不断扩大，城市交通堵塞问题日益突出，交通事故、噪音和空气污染等影响着人们的工作和生活。轨道交通在优化城市空间结构、缓解城市交通拥挤、保护环境等方面均显示出积极促进作用，已日益成为中国走新型城镇化道路的重要战略举措。

一、研究的背景

车辆是地铁运输的主要载体，由于科技的高速发展，高性能的交流传动系统

(牵引传动系统)已广泛应用于地铁车辆。据统计，欧美、日本等城市轨道交通

技术强国，自20世纪90年代以来设计的地铁车辆全部采用交流传动装置，极大地提升了地铁车辆在牵引、制动方面的动力性能。地铁车辆对牵引传动系统的安全性、可靠性、稳定性要求很高，由于各种历史原因，国内对地铁车辆交流传动系统的研究起步较晚，我国最早期的交流传动地铁列车都是整车进口的，但是，大量采用国外的变流器产品，不仅对我国轨道交通行业的发展极为不利，还会导致将来地铁车辆(一般地铁电气设备的使用寿命为30年)运营维护及维修成本提耐。随着科技的发展和研究的不断深入，地铁动车牵引传动系统是车体和车辆的关键技术之一，是车辆国产化的重点和难点，长期依赖进口并非长远之计，必须汲取引进一消化一吸收的宝贵经验，掌握自行设计地铁牵引传动系统的核心技术，拥有完全的自主知识产权。

二、地铁B型车牵引能耗与再生制动节能效果分析

1.列车制动速度分析。根据技术标准, 得出这样的数据信息, 地铁在平直干燥轨道上进行启动加速时, 其速度从0 直接加速到40k m/ h ,其平均起动加速度大于等于1.0m/ s 2。而速度从0加速到100km/h时,其中平均起动加速度大于等于0.5m/s 2 。反过来, 列车进行制动减速环节中, 其制动初速度为100km/s2时,其常用的制动平均减速度大于等于1.0m/s2。那么在这样的理论值与实际值进行对比环节中能够发现, 实际的地铁列车的加速度均高于指标, 针对这样的情况, 具体的原因如下: 第一, 在B 型地铁线路上进行不同程度的坡度设计, 设计出节能坡。第二, 节能坡能够实现高车站、低区间, 保障列车在出站环节中是下坡, 其启动的加速度就比较快，也比较节能。在进站为上坡路, 制动减速也比较快, 通过增加滑动摩擦力的方式，迅速的停车。

2.列车牵引能耗分析。B2 型列车比B1 型列车多4 台牵引电动机。在

AW3 荷载下,列车都以95 km/h 速度运行。B2 型车全程牵引耗电95 8.29 kWh,B1 型车耗电为9 1 2.3 1 kWh。二者的耗电量相差不大。这说明列车的质量是决定牵引耗电量的主要因素,与牵引电动机的数量关系不大。B2 型车的线网电流比较大,但起动加速时间较短;B1 型车的线网电流较小,其起动加速时间较长。这一现象与列车用电量计算公式(W =线网电压×线网电流×牵引用电时间)相吻合。据统计,我国地铁每车·km 的耗电量一般在2.5 ~3 .0 kWh 之间。重庆地铁5 号线的单位耗电指标高于其他城市,与30‰以上坡段占全线总长度20%有关系。

3.列车制动再生电能分析。现代地铁车辆具有再生制动功能,可将列车的巨大动能转化为电能;或被相邻列车所吸收,或经接触网反馈到牵引变电所,作为其他用电。根据表1,B2 型列车下行单程牵引耗电958.29 kWh,再生电能为481 .98 kWh;B1 型列车牵引耗电量912.3 1 kWh,再生电能45 5 .32 kWh。其再生制动的理论节能效率为:B2 型车节能为50.0%;B1 型车节能为49.9%。在实际运营中全日列车平均满载率不足50%,因列车实际质量较轻,所需制动力较小,因而再生制动电能量小。国内外的经验表明,列车再生制动的节能效率一般在30%左右。

表1列车上下行牵引能耗、再生电能比较表

4.关于地铁车辆选型的思考。《地铁设计规范》规定地铁车辆分为A 型和B型两种。早年只有上海、广州、南京和深圳地铁采用A 型车,其他城市均采用B 型车。近年随着经济的发展,采用A 型车的城市逐渐多起来。为了实现再生制动节能, 需要对地铁列车的实际运行速度进行合理化的调节, 具体的调节中, 需要将列车运行的速度提升。目前, 在很多城市中都将地铁的运行速度提升。在不同的速度习其再生制动能耗不同, 所达到的节能效果也不同。另一方面,地铁区间隧道大都采用盾构法施工,A 型车和B 型车的区间隧道限界完全相同。因此二者的区间隧道投资没有差别。综合考虑,对高运量的地铁系统采用A 型车更加经济合理。B 型车是国内地铁使用最多的车辆,车宽2.8m,长1 9.52 m,,定员1 460 人。现在发展为B1 和B2 型两个品种,B1 型为3 动3 拖编组,B2 型为4动2 拖编组。笔者通过仿真计算和列车运行模拟,证明B2 型和B1 型AW3 列车,均能在5 5 ‰以下的坡道上启动运行。地铁再生电能与列车制动初速度之间为正比例关系, 当制动的初始速度比较大的情况下, 其再生电能量将会增大。但是如果在上坡道进行制动环节中, 所需要的制动力都比较小, 其再生电能量也随之降低了很多。再生制动电能与地铁列车的质量相关, 但与动车、拖车的比例关系不大。在进行分析环节中能够发现B 2型车的线网电流大些。由于加、减速度较大,列车启动加速和制动减速较快,适合在线路坡度较大、系统运输能力在30 对/h 以上高运量线路上运营。为了实现地铁B 型车的牵引节能, 需要针对地铁B 型车进行再生制动节能方案的确定。首先需要进行再生制动电能的分析, 其次, 对B 型车的运行速度进行合理化的调节,最后对车辆类型的选择进行分析。为了实现地铁B 型车的牵引节能, 需要针对地铁B 型车进行再生制动节能方案的确定。首先需要进行再生制动电能的分析, 其次, 对B 型车的运行速度进行合理化的调节, 最后对车辆类型的选择进行分析。B1 型车具有以下优势:(1 )在荷载相同条件下,B1 型列车比B2 型列车可节约牵引耗电5 %左右。(2)因为动车数量少,车辆购置费和维修费较低,有利于降低工程投资和运营成本。

结语

目前, 城市地铁的耗电量比较大, 平均每辆车的耗电功率在2 00 0 -3 00 0 kW。因此,对于地铁牵引能耗进行分析,实现再生制动节能, 能够有效的降低城市地铁运行耗电量, 大幅度减少地铁运行成本。其中地铁B 型车在进行用电牵引环节中主要包含了牵引用电、空调用电、车辆自身用电三部分, B 型车牵引耗电量最大。从该方面进行研究, 能够实现制定节能。

参考文献：

[1]梁广深,黄隆飞.地铁B型车牵引能耗与再生制动节能效果分析[J].城市轨道交通研究,2016,02:27-33.

[2]林文立.地铁动车牵引传动系统分析、建模及优化[D].北京交通大学,2019.