地铁运行模式对牵引能耗的影响分析

杨传明+申国亮

摘 要：地铁作业为大容量交通工具，已受到各大中型城市青睐，但是其高昂的运营成本也饱受诟病。该文从地铁运行模式角度出发，就区间载客量、运行时间、停站时间等因素与列车牵引能耗的关系进行研究分析，并从建设规划、运行管理方面提出一些降低牵引能耗的措施。

关键词：运行模式 牵引能耗 载客量 再生制动

中图分类号：U292 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）03（c）-0085-02

1 研究背景

地铁方便市民出行的同时其背后运营成本压力一直高居不下，根据轨道交通行业经验，地铁电费约占运营成本的30%，而牵引能耗约占地铁系统电能消耗的50%。地铁电价一般参照工商业用电执行，费用较高，表1列出部分城市地铁电价制定情况。

地铁牵引能耗的影响因素较多，运行模式与能耗有着密不可分的关系。该文结合东莞、深圳、郑州等城市既有地铁线路运行情况，从运行管理的角度开展因素分析，暂未考虑列车编组、车辆选型、运营里程等要素变化的影响。文中的牵引能耗指列车在运用中的能耗，并未特别区分出空调的能耗。

2 主要因素分析

2.1 载客量

一般来说地铁载客量越大，整车的牵引能耗越大。如果单纯从减少单列车载客量的角度出发，可通过增加上线列车数量来实现，但同时上线列车数量变多成本也会相应提高，与上述的初衷背道而驰。另一方面载客量也非绝对可控因素，特别是像深圳地铁这样高强度运营的地铁系统，必须尽全力及时满足市民的出行需求。从整体经济效益来看，用尽可能少的车运送最多的旅客是比较理想的方案。

2.2 区间运行时分

列车区间运行一般会经过加速、惰行、制动等过程。图1黑色实线为FALKO编图软件模拟演示列车运行速度轨迹。

在巡航及惰行阶段能耗较少，而在起步的牵引阶段产生较多能耗，在车辆牵引性能一定的情况下最好的节能方法是维持低速，即控制列车最高运行速度，然而此方案会延长列车单程运行时间，进而影响地铁客运服务。

2.3 再生制动能量的利用

目前多数地铁车辆都具备再生制动功能，在同一供电分区内如果错开列车启动、制动时刻，可以使部分列车利用其他列车再生制动产生的回馈电流，从而达到降低牵引能耗的目的。此策略需要进行大量的数据调查和时间节点计算，根据其结果修改运行图参数，考虑到地铁车站位置、供电分区分布以及客运服务等因素影响，该方案一般并不能充分实现。

2.4 停站时间

列车停站时间长短本身与牵引能耗并无直接关系，但是目前多数信号系统具备自动调整运行时间功能，如果列车停站时间超出系统设定时间，列车启动后会调整速度控制模式自动赶点，造成列车区间运行时间小于图定值，相应牵引能耗随之增加。在特定情况下也应根据实际情况控制停站时间以减少能耗，例如深圳地铁4号线（约47%站点在高架线路），就在编图中尽量控制停站开门时间，此举意在降低车内冷气的耗散速度。

2.5 其他因素

除上述因素外，列车牵引能耗还和线路临时限速、列车驾驶模式存在一定关系。列车运行至限速区段一般需要先降低速度再提升速度，相对未设置临时限速情况下能耗会有一定的提高。根据广州地铁、北京地铁的测算，在客流较大情况下，人工手动驾驶较ATO模式驾驶牵引能耗略少，但同时存在着列车运行平稳度较差、容易发生安全事故等缺点。

3 降低能耗的建议

3.1 合理安排上线列车数量

列车上线数量应根据市民出行规律、客流强度等合理设定。对于深圳地铁等客流较大的线路应综合研究降低单列车载客量节省能耗与增加上线列车数费用差额进行对比，选取最佳方案；对于东莞地铁等客流较小的线路，应在满足市民出行需求的前提下尽量减少上线列车数量。此外，各地铁应根据客流特点、季节等因素合理选取高、低峰时间段，做到市民出行需求与上线列车数量的尽量匹配。

3.2 充分利用辅助条件

根据行业经验，在编制运行图时一般都会保留一定的冗余量，即在发挥系统最大功能下，单程最短运行时间基础上增加一定时间余量（例如10%），以保证调度在行车组织时有一定的时间弹性，避免晚点。同时该方法也可以达到一定的节能效果，在列车未晚点情况下，一般列车会低于目标速度运行。在编制列车运行图时也应考虑利用列车再生制动反馈于电网的能量。此外，部分地铁线路已考虑单独设置再生制动能量吸收装置，例如深圳地铁6号线支线计划在正线车站设置回馈至35 kV侧的逆变回馈型再生制动能量吸收装置，东莞轨道交通2号线也在部分站点开展类似试验。

3.3 优化列车停站时间

停站时间应根据单个车站客流特点设定，一般大客流站可设定稍长时间，客流较小车站设置较短时间，同时在乘客较少情况下可提前关门启动列车（如信号系统具备该功能），使列车区间运行可以不用运行至最高速度。另外，在客流较大车站还可组织车站人员配合乘客乘降列车，避免列车实际停站时间超过图定时间，从而降低牵引能耗。

3.4 提前规划系统降耗功能

根据现有地铁运作经验，列车早晚进出车辆段/停车场一般都会有一段空驶时间，如合理选取车辆段和停车场位置可有效降低空驶里程，在一定程度上降低牵引能耗。在地铁建设期设计合理的进出站坡度，列车进站时上坡、出站时下坡，利用自身重量进行能量对冲，也可以减少能耗。

3.5 其他建议

为了使列车牵引能耗降低，还可以从以下几个方面入手：严格控制临时限速的区段和时间，最大限度地减少临时限速对列车运行的影响；合理组织司机人工驾驶，尽量减少频繁牵引制动的次数；OCC组织列车适当提前发车，以避免列车运行至最高速度。

參考文献

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