南京地鐵寧天線回庫列車節能運行研究

張凱

摘 要：勻速運行可以有效降低列車能耗，通過選擇合適的惰行點可以實現列車的節能運行。結合具體情況對不同站間距離、線路條件、區間限速、運行時間、惰行次數等條件下的惰行控制進行了研究，給出了各影響因素與惰行控制的關系。

關鍵詞：地鐵；節能；勻速運行；惰行

1.南京地鐵節能背景因素分析

南京地鐵寧天線車場在線路中部，運營過程中產生了較多的空駛，進而造成更多的運能浪費。隨著客流增加及未來線路的延長，為匹配運能需求，寧天線必然會繼續增加上線列車，空駛率也必然會增大，就會浪費更多的能耗。如果我們調整列車回庫速度，就會大大降低空駛率過高對能耗的影響。

2.節能運行方式計算

2.1回庫車目標速度設計

本文采用的節能方式以列車運行平均速度作為目標速度，并圍繞著目標速度按牽引-惰行運行，以達到節能目的。列車起動階段盡量利用最大牽引力牽引，在區間運行時采用惰行工況，區間調速避免采用制動，如果列車目標速度小于當前限速，當接近目標速度時列車將貼近目標速度采用牽引-惰行模式運行；如果目標速度大于當前限速，則在接近限速時將采用惰行運行，如果速度仍上升，則采用制動運行，當前方限速曲線值為零時列車將以最大制動力停車，列車運行方式如圖所示：

如圖，v（50km/h）為目標速度，k1（55km/h）、k2（60km/h）為高于v的速度值，m1（45km/h）、m2（40km/h）為低于v的速度值，具體過程為：在列車速度達到或超過速度值k1時，列車將采用惰行方式，若列車處在下坡，速度繼續增加，當其速度大于值k2時，采用制動方式。在下坡道上，為防止列車工況頻繁地在惰行、制動間轉換，可將制動工況后的惰行條件確定為低于目標速度值m1。這樣列車以制動工況運行到速度m1時再改為惰行，若列車速度又回升，則有m1～k2的惰行空間；若列車惰行速度繼續下降，則下降到m2時再重新轉換為牽引工況，繼續運行。

南京地鐵寧天線從泰山新村站至金牛湖站，線路全長45.2 km，最大行駛速度為100 km/h，泰山新村站至金牛湖站單邊運行時間約為53分鐘，列車平均運送速度約51 km/h，另外，空駛回庫列車在通過車站時，信號系統給定的最大限制速度為45 km/h，目前寧天線大部分車站在進出站處都有節能坡設計，列車在進站時有上坡道，出站時有下坡道。如果列車在區間運行時始終保持45 km/h的速度形式，在列車進站前，由于上坡形成一定的阻力，列車必須提供一定牽引方能保持勻速進站；同理，出站時通過下坡道時，列車必須提供一定的制動平衡列車重力，方能保持勻速出站，這也會帶來少量的能量損耗。如果列車在區間以略高與45 km/h的速度運行，即可解決這一問題。假定列車平均運行速度約50 km/h，則列車在進站時受上坡道的影響，即使不提供牽引和制動，也會由于重力作用降速，以更接近45 km/h的速度通過車站；同理下坡運行時，即使不提供牽引，列車也會由于重力作用加速，進而接近目標速度50 km/h。

2.2列車50km/h勻速回庫可行性研究

在高峰轉平峰的時段，泰山新村站開往葛塘站回庫時，泰山新村至葛塘全長S=12.18km，假設回庫列車運行的平均速度v=50km/h，可算出列車以50km/h勻速運行至葛塘時間約為h=14.6分鐘，載客列車從泰山新村至葛塘的運行時間約為14.4分鐘。經多輛回庫車測試，上行回庫時，當前方載客車從泰馮路上行開出后，后方回庫車從泰山新村折返線開始以50km/h勻速運行回庫，運行期間與前后列車間隔相對均勻，對前后載客列車不會造成影響。

下行從方州廣場回庫時，方州廣場至葛塘全長S=15.87km，假設回庫列車運行的平均速度v=50km/h，可算出列車以50km/h勻速運行至葛塘時間約為h=19分鐘，載客列車從方州廣場至葛塘的運行時間約為19.7分鐘。當前方載客車從鳳凰山下行開出后，后方回庫車從方州廣場存車線開始以50km/h勻速運行回庫，運行期間與前后列車間隔相對均勻，對前后載客列車不會造成影響。

3、后續需要解決及優化的問題

3.1降速回庫需要精準數據的支撐

通過對列車單位能耗計算，可提供一個有效的方案。由于列車勻速回庫優化設計是一個牽涉多專業的綜合型題目，與線路的特性，列車的車輛狀況，節能坡的影響等都有關系，通過一段時間的數據統計，對本方案使用前后列車能耗進行對比，結合實際的能耗情況進行綜合的確定。能夠得出這種運行方式是否能為地鐵運營帶來節能的效果，且節能的效果如何。這需要相關專業能夠通過設備檢測數據給與支持。

3.2通過大數據對比分析，可制定出更準確的列車回庫速度

如果通過測算得出的結論是有效的，即使用特定的速度勻速回庫確實能做到節能的效果，則還需要相關專業通過不斷地數據收集，進一步發掘更加節能的目標速度，步驟包括跟車數據記錄、下載單個列車運行數據、數據整理等。綜上找尋最適宜綜合效率的速度點，即在不影響回庫效率的基礎上，進一步計算出能耗最低的運行速度。

3.3通過信號系統為回庫列車提供推薦速度

為提高回庫效率以及最大化節能，通過不斷更新對比，最后確定合適的回庫速度，可與專業討論將此速度設定為回庫列車的速度碼，只要系統認定某一列車為回庫車，就會為其提供合適的速度碼，這樣以來既能提高司機的操作效率，又能盡可能的減少人為因素帶來的能源浪費。

4.結束語

列車的牽引能耗主要是受基礎設施和運營模式所影響。基礎設施一旦建成，其能耗即基本確定，很難進一步行優化；而由列車運營模式所產生的能耗是可控的，可根據實際情況設計和研究列車的操縱模式，通過改變列車的技術速度和停站時間等設定運營方案，降低這部分牽引能耗。

如本文所述，使用特定的速度勻速回庫確實能做到節能效果，但還需通過不斷地數據收集，不斷完善本方案，找尋最適宜綜合效率最高的速度點。可以考慮是否能將此速度碼寫入列車信號系統中，使每一輛回庫列車，回庫時速度碼自動設置為此速度，從而減少人為手動駕駛上不必要的能耗。

參考文獻

[1]上海申通地鐵集團有限公司.城市軌道交通建設和運營技術[M].上海：同濟大學出版社，2008.

[2]李華燦.地鐵行車調度應急處理原則探討[J] .城市軌道交通研究，2011，14（7）：28-30

（作者單位：南京地鐵運營有限責任公司）