地鐵牽引系統控制比選研究

尚磊 艾子洋

摘 要：地鐵牽引系統控制方式的選擇對于地鐵穩定運行、能源消耗的控制有著重要的意義。基于此，本文對地鐵牽引系統的配置方式進行了分析，并對車控、架控、軸控這三種地鐵牽引系統控制方式在故障下的運行、地鐵車下設備布置與質量、與制動系統配合這些方面進行了比較，為相關人員進行地鐵牽引系統控制方式的選擇提供了指導。

關鍵詞：地鐵車輛;牽引系統;控制方式

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.01.040

0 引言

目前，地鐵車輛牽引系統控制的方式主要有三種：車控方式、架控方式以及軸控方式，在進行地鐵牽引系統控制方式的實際選擇時，通常會對地鐵車輛的編組、線路條件、技術性能、成本等等進行考量。

1 地鐵牽引系統的配置方式

當地鐵車輛牽引系統控制使用了車控的方式時，每輛地鐵車輛上的動車都會布置起一臺逆變器;當地鐵車輛牽引系統控制使用了架控的方式時，逆變器的布置就有了兩種方案：第一，將兩個小的逆變器模塊組成一個大的逆變器箱，其中的每一個小逆變器模塊都控制著一臺轉向架上的兩組電機，使用這樣的形式布置起的逆變器的質量相對較輕。第二，在每輛地鐵車輛上都設置起兩臺獨立的逆變器箱，分別對轉向架上的電機進行控制;當地鐵車輛牽引系統控制使用了軸控的方式時，因為受到地鐵車輛底部空間的影響，通常會使用兩個逆變器箱，并在每個逆變器箱中設置兩個小的逆變器模塊[1]。

2 地鐵牽引系統控制方式的比較

2.1 地鐵車輛故障運行能力及冗余性比較

2.1.1 車控方式

當地鐵車輛牽引系統控制使用了車控方式時，每一節動車都設置了一臺逆變器。在這樣的條件下，由于部件故障而產生的整車故障的概率較低。但是，對該節車的逆變器出現故障時，則會使得整節車全部失去動力。對于動拖比為1：1地鐵車輛來說，這種情況會使得動車節數與拖車節數的比例低于1：1，導致地鐵車輛在故障條件下的運行能力相對較差。舉例來說，當一輛4節編組的地鐵車輛在80km/h、AW3（9人/m2）的條件下運行時（此時的動拖比為1：1），產生的最大牽引力為180kN。當一臺逆變器產生故障時，該地鐵車輛的牽引力就降低至了90kN。而若是此時地鐵車輛運行的線路為較大的坡道時，則車輛可能會無法繼續啟動。

2.1.2 架控方式

當地鐵車輛牽引系統控制使用了架控方式時，每一節動車都會有兩臺小逆變器進行工作。相比于車控方式，架控方式在每一節動車上多設置其了一臺逆變器，這使得地鐵車輛的故障點有所增加，導致由于部件故障而產生的整車故障的概率升高。在這樣的條件下，當一臺逆變器發生故障時，意味著該節動車喪失了50%的動能。相比于車控方式，架控方式發生故障后持有的動力更大。舉例來說，當一輛4節編組的地鐵車輛在80km/h、AW3（9人/m2）的條件下運行時（此時的動拖比為1：1），產生的最大牽引力為180kN。當一臺逆變器產生故障時，該地鐵車輛的牽引力就降低至了135kN。若是此時地鐵車輛運行的線路為較大的坡道時，車輛依舊能夠繼續啟動。

2.1.3 軸控方式

當地鐵車輛牽引系統控制使用了軸控方式時，意味著地鐵車輛中每一節動車都有著四臺逆變器提供動能。相比于車控方式，增加了三臺逆變器;相比于架空方式，增加了兩臺逆變器。當一臺逆變器發生故障后，該節動車僅僅會喪失25%的動能，比車控方式以及架控方式下保存下的動力更大。舉例來說，當一輛4節編組的地鐵車輛在80km/h、AW3（9人/m2）的條件下運行時（此時的動拖比為1：1），產生的最大牽引力為180kN。當一臺逆變器產生故障時，該地鐵車輛的牽引力就降低至了157.5kN。若是此時地鐵車輛運行的線路為較大的坡道時，車輛依舊能夠繼續啟動。

通過上述的比較能夠發現，從故障下地鐵車輛的運行能力來看，使用軸控方式或使用架控方式進行地鐵車輛牽引系統控制的效果較好，在線路坡度較大的情況下，使用軸控方式以及架控方式都能確保地鐵車輛能夠繼續啟動。

2.2 地鐵車下設備的比較

從車下設備的布置方面進行比較能夠發現，由于車控方式中每節動車只使用了一臺逆變器，所以車底的空間較為充足，設備的布置也相對合理;相比之下，架控方式與軸控方式中使用的逆變器數量較多，車底空間較為緊張。

從車下設備的質量方面進行比較能夠發現，使用架控方式的動車比使用車控方式的動車質量上增加了580kg。在地鐵車輛實際的運行中，質量的增加意味著能耗的增加。依照筆者的工作經驗，當地鐵車輛的質量每降低1t，則電能消耗就隨著降低8000kWh，二氧化碳的排放量就會減少6.2t。而使用軸控方式進行地鐵車輛牽引系統控制，則會使地鐵車輛的質量增加的更多。

2.3 不同控制方式與制動系統配合的比較

常見的配置方式有四種：第一，架控做牽引，車控做制動。在這一配合方式下，當某一轉向架電制動力失效并開始進行空氣制動時，為了避免制動力疊加過大形成車輪抱死，需要切除故障動車中的另一臺轉向架電制動力。由于這樣的方式形成的資源浪費較多，所以較少被使用。第二，架控或車控做牽引，架控做制動。在這樣的配合下，電控制動的配合較好。第三，車控做牽引，車控做制動。在這樣的配合下，當逆變器發生故障后空氣制動提供了全部的制動力，所以不會產生制動力的疊加。第四，軸控做牽引，架控或車控做制動。在這一配合方式下，雖然也會第一種配合方式所產生的問題，但是由于軸控在故障時的電制動能力比車控要好，所以并不需要更多的空氣制動補充。

3 總結

綜上所述，車控、架控以及軸控這三種地鐵牽引系統控制方式各有優劣。由于軸控的耗能較大且設備配置較為復雜，在地鐵實際的運行中很少被使用。相比于車控，架控與軸控在故障條件下能夠保存更多的動力，在進行實際的選擇時，要結合地鐵的線路條件、列車編組以及節能減排的理念等進行確定。

參考文獻：

[1]張哲.地鐵牽引電傳動系統與其控制技術研究[D].北京交通大學，2015.