南京地铁宁天线回库列车节能运行研究

张凯

摘 要：匀速运行可以有效降低列车能耗，通过选择合适的惰行点可以实现列车的节能运行。结合具体情况对不同站间距离、线路条件、区间限速、运行时间、惰行次数等条件下的惰行控制进行了研究，给出了各影响因素与惰行控制的关系。

关键词：地铁；节能；匀速运行；惰行

1.南京地铁节能背景因素分析

南京地铁宁天线车场在线路中部，运营过程中产生了较多的空驶，进而造成更多的运能浪费。随着客流增加及未来线路的延长，为匹配运能需求，宁天线必然会继续增加上线列车，空驶率也必然会增大，就会浪费更多的能耗。如果我们调整列车回库速度，就会大大降低空驶率过高对能耗的影响。

2.节能运行方式计算

2.1回库车目标速度设计

本文采用的节能方式以列车运行平均速度作为目标速度，并围绕着目标速度按牵引-惰行运行，以达到节能目的。列车起动阶段尽量利用最大牵引力牵引，在区间运行时采用惰行工况，区间调速避免采用制动，如果列车目标速度小于当前限速，当接近目标速度时列车将贴近目标速度采用牵引-惰行模式运行；如果目标速度大于当前限速，则在接近限速时将采用惰行运行，如果速度仍上升，则采用制动运行，当前方限速曲线值为零时列车将以最大制动力停车，列车运行方式如图所示：

如图，v（50km/h）为目标速度，k1（55km/h）、k2（60km/h）为高于v的速度值，m1（45km/h）、m2（40km/h）为低于v的速度值，具体过程为：在列车速度达到或超过速度值k1时，列车将采用惰行方式，若列车处在下坡，速度继续增加，当其速度大于值k2时，采用制动方式。在下坡道上，为防止列车工况频繁地在惰行、制动间转换，可将制动工况后的惰行条件确定为低于目标速度值m1。这样列车以制动工况运行到速度m1时再改为惰行，若列车速度又回升，则有m1～k2的惰行空间；若列车惰行速度继续下降，则下降到m2时再重新转换为牵引工况，继续运行。

南京地铁宁天线从泰山新村站至金牛湖站，线路全长45.2 km，最大行驶速度为100 km/h，泰山新村站至金牛湖站单边运行时间约为53分钟，列车平均运送速度约51 km/h，另外，空驶回库列车在通过车站时，信号系统给定的最大限制速度为45 km/h，目前寧天线大部分车站在进出站处都有节能坡设计，列车在进站时有上坡道，出站时有下坡道。如果列车在区间运行时始终保持45 km/h的速度形式，在列车进站前，由于上坡形成一定的阻力，列车必须提供一定牵引方能保持匀速进站；同理，出站时通过下坡道时，列车必须提供一定的制动平衡列车重力，方能保持匀速出站，这也会带来少量的能量损耗。如果列车在区间以略高与45 km/h的速度运行，即可解决这一问题。假定列车平均运行速度约50 km/h，则列车在进站时受上坡道的影响，即使不提供牵引和制动，也会由于重力作用降速，以更接近45 km/h的速度通过车站；同理下坡运行时，即使不提供牵引，列车也会由于重力作用加速，进而接近目标速度50 km/h。

2.2列车50km/h匀速回库可行性研究

在高峰转平峰的时段，泰山新村站开往葛塘站回库时，泰山新村至葛塘全长S=12.18km，假设回库列车运行的平均速度v=50km/h，可算出列车以50km/h匀速运行至葛塘时间约为h=14.6分钟，载客列车从泰山新村至葛塘的运行时间约为14.4分钟。经多辆回库车测试，上行回库时，当前方载客车从泰冯路上行开出后，后方回库车从泰山新村折返线开始以50km/h匀速运行回库，运行期间与前后列车间隔相对均匀，对前后载客列车不会造成影响。

下行从方州广场回库时，方州广场至葛塘全长S=15.87km，假设回库列车运行的平均速度v=50km/h，可算出列车以50km/h匀速运行至葛塘时间约为h=19分钟，载客列车从方州广场至葛塘的运行时间约为19.7分钟。当前方载客车从凤凰山下行开出后，后方回库车从方州广场存车线开始以50km/h匀速运行回库，运行期间与前后列车间隔相对均匀，对前后载客列车不会造成影响。

3、后续需要解决及优化的问题

3.1降速回库需要精准数据的支撑

通过对列车单位能耗计算，可提供一个有效的方案。由于列车匀速回库优化设计是一个牵涉多专业的综合型题目，与线路的特性，列车的车辆状况，节能坡的影响等都有关系，通过一段时间的数据统计，对本方案使用前后列车能耗进行对比，结合实际的能耗情况进行综合的确定。能够得出这种运行方式是否能为地铁运营带来节能的效果，且节能的效果如何。这需要相关专业能够通过设备检测数据给与支持。

3.2通过大数据对比分析，可制定出更准确的列车回库速度

如果通过测算得出的结论是有效的，即使用特定的速度匀速回库确实能做到节能的效果，则还需要相关专业通过不断地数据收集，进一步发掘更加节能的目标速度，步骤包括跟车数据记录、下载单个列车运行数据、数据整理等。综上找寻最适宜综合效率的速度点，即在不影响回库效率的基础上，进一步计算出能耗最低的运行速度。

3.3通过信号系统为回库列车提供推荐速度

为提高回库效率以及最大化节能，通过不断更新对比，最后确定合适的回库速度，可与专业讨论将此速度设定为回库列车的速度码，只要系统认定某一列车为回库车，就会为其提供合适的速度码，这样以来既能提高司机的操作效率，又能尽可能的减少人为因素带来的能源浪费。

4.结束语

列车的牵引能耗主要是受基础设施和运营模式所影响。基础设施一旦建成，其能耗即基本确定，很难进一步行优化；而由列车运营模式所产生的能耗是可控的，可根据实际情况设计和研究列车的操纵模式，通过改变列车的技术速度和停站时间等设定运营方案，降低这部分牵引能耗。

如本文所述，使用特定的速度匀速回库确实能做到节能效果，但还需通过不断地数据收集，不断完善本方案，找寻最适宜综合效率最高的速度点。可以考虑是否能将此速度码写入列车信号系统中，使每一辆回库列车，回库时速度码自动设置为此速度，从而减少人为手动驾驶上不必要的能耗。

参考文献

[1]上海申通地铁集团有限公司.城市轨道交通建设和运营技术[M].上海：同济大学出版社，2008.

[2]李华灿.地铁行车调度应急处理原则探讨[J] .城市轨道交通研究，2011，14（7）：28-30

（作者单位：南京地铁运营有限责任公司）