地鐵運行模式對牽引能耗的影響分析

楊傳明+申國亮

摘 要：地鐵作業為大容量交通工具，已受到各大中型城市青睞，但是其高昂的運營成本也飽受詬病。該文從地鐵運行模式角度出發，就區間載客量、運行時間、停站時間等因素與列車牽引能耗的關系進行研究分析，并從建設規劃、運行管理方面提出一些降低牽引能耗的措施。

關鍵詞：運行模式 牽引能耗 載客量 再生制動

中圖分類號：U292 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）03（c）-0085-02

1 研究背景

地鐵方便市民出行的同時其背后運營成本壓力一直高居不下，根據軌道交通行業經驗，地鐵電費約占運營成本的30%，而牽引能耗約占地鐵系統電能消耗的50%。地鐵電價一般參照工商業用電執行，費用較高，表1列出部分城市地鐵電價制定情況。

地鐵牽引能耗的影響因素較多，運行模式與能耗有著密不可分的關系。該文結合東莞、深圳、鄭州等城市既有地鐵線路運行情況，從運行管理的角度開展因素分析，暫未考慮列車編組、車輛選型、運營里程等要素變化的影響。文中的牽引能耗指列車在運用中的能耗，并未特別區分出空調的能耗。

2 主要因素分析

2.1 載客量

一般來說地鐵載客量越大，整車的牽引能耗越大。如果單純從減少單列車載客量的角度出發，可通過增加上線列車數量來實現，但同時上線列車數量變多成本也會相應提高，與上述的初衷背道而馳。另一方面載客量也非絕對可控因素，特別是像深圳地鐵這樣高強度運營的地鐵系統，必須盡全力及時滿足市民的出行需求。從整體經濟效益來看，用盡可能少的車運送最多的旅客是比較理想的方案。

2.2 區間運行時分

列車區間運行一般會經過加速、惰行、制動等過程。圖1黑色實線為FALKO編圖軟件模擬演示列車運行速度軌跡。

在巡航及惰行階段能耗較少，而在起步的牽引階段產生較多能耗，在車輛牽引性能一定的情況下最好的節能方法是維持低速，即控制列車最高運行速度，然而此方案會延長列車單程運行時間，進而影響地鐵客運服務。

2.3 再生制動能量的利用

目前多數地鐵車輛都具備再生制動功能，在同一供電分區內如果錯開列車啟動、制動時刻，可以使部分列車利用其他列車再生制動產生的回饋電流，從而達到降低牽引能耗的目的。此策略需要進行大量的數據調查和時間節點計算，根據其結果修改運行圖參數，考慮到地鐵車站位置、供電分區分布以及客運服務等因素影響，該方案一般并不能充分實現。

2.4 停站時間

列車停站時間長短本身與牽引能耗并無直接關系，但是目前多數信號系統具備自動調整運行時間功能，如果列車停站時間超出系統設定時間，列車啟動后會調整速度控制模式自動趕點，造成列車區間運行時間小于圖定值，相應牽引能耗隨之增加。在特定情況下也應根據實際情況控制停站時間以減少能耗，例如深圳地鐵4號線（約47%站點在高架線路），就在編圖中盡量控制停站開門時間，此舉意在降低車內冷氣的耗散速度。

2.5 其他因素

除上述因素外，列車牽引能耗還和線路臨時限速、列車駕駛模式存在一定關系。列車運行至限速區段一般需要先降低速度再提升速度，相對未設置臨時限速情況下能耗會有一定的提高。根據廣州地鐵、北京地鐵的測算，在客流較大情況下，人工手動駕駛較ATO模式駕駛牽引能耗略少，但同時存在著列車運行平穩度較差、容易發生安全事故等缺點。

3 降低能耗的建議

3.1 合理安排上線列車數量

列車上線數量應根據市民出行規律、客流強度等合理設定。對于深圳地鐵等客流較大的線路應綜合研究降低單列車載客量節省能耗與增加上線列車數費用差額進行對比，選取最佳方案；對于東莞地鐵等客流較小的線路，應在滿足市民出行需求的前提下盡量減少上線列車數量。此外，各地鐵應根據客流特點、季節等因素合理選取高、低峰時間段，做到市民出行需求與上線列車數量的盡量匹配。

3.2 充分利用輔助條件

根據行業經驗，在編制運行圖時一般都會保留一定的冗余量，即在發揮系統最大功能下，單程最短運行時間基礎上增加一定時間余量（例如10%），以保證調度在行車組織時有一定的時間彈性，避免晚點。同時該方法也可以達到一定的節能效果，在列車未晚點情況下，一般列車會低于目標速度運行。在編制列車運行圖時也應考慮利用列車再生制動反饋于電網的能量。此外，部分地鐵線路已考慮單獨設置再生制動能量吸收裝置，例如深圳地鐵6號線支線計劃在正線車站設置回饋至35 kV側的逆變回饋型再生制動能量吸收裝置，東莞軌道交通2號線也在部分站點開展類似試驗。

3.3 優化列車停站時間

停站時間應根據單個車站客流特點設定，一般大客流站可設定稍長時間，客流較小車站設置較短時間，同時在乘客較少情況下可提前關門啟動列車（如信號系統具備該功能），使列車區間運行可以不用運行至最高速度。另外，在客流較大車站還可組織車站人員配合乘客乘降列車，避免列車實際停站時間超過圖定時間，從而降低牽引能耗。

3.4 提前規劃系統降耗功能

根據現有地鐵運作經驗，列車早晚進出車輛段/停車場一般都會有一段空駛時間，如合理選取車輛段和停車場位置可有效降低空駛里程，在一定程度上降低牽引能耗。在地鐵建設期設計合理的進出站坡度，列車進站時上坡、出站時下坡，利用自身重量進行能量對沖，也可以減少能耗。

3.5 其他建議

為了使列車牽引能耗降低，還可以從以下幾個方面入手：嚴格控制臨時限速的區段和時間，最大限度地減少臨時限速對列車運行的影響；合理組織司機人工駕駛，盡量減少頻繁牽引制動的次數；OCC組織列車適當提前發車，以避免列車運行至最高速度。

參考文獻

[1] 袁宏偉，孔令洋.城市軌道交通能耗影響因素及測算研究[J].都市快軌交通，2012，25（2）：41-44.

[2] 李亙，洪晨曦，劉軍良，等.深圳地鐵1號線車輛牽引節能運行方案分析[J].電力機車與城軌車輛，2014（4）：61-63.

[3] 劉寶林.地鐵列車能耗分析[J].電力機車與城軌車輛，2007，30（4）：65-68.

[4] 吳洋，羅霞.一種晚點地鐵列車實時調整策略及其動態速控模式[J].中國鐵道科學，2005，26（6）：113-118.

[5] 李倬，李熙，柏赟.地鐵列車牽引節能方法與管理研究[J].綜合運輸，2015（1）：69-72.