南京地鐵寧天線回庫(kù)列車節(jié)能運(yùn)行研究

張凱

摘 要：勻速運(yùn)行可以有效降低列車能耗，通過(guò)選擇合適的惰行點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)列車的節(jié)能運(yùn)行。結(jié)合具體情況對(duì)不同站間距離、線路條件、區(qū)間限速、運(yùn)行時(shí)間、惰行次數(shù)等條件下的惰行控制進(jìn)行了研究，給出了各影響因素與惰行控制的關(guān)系。

關(guān)鍵詞：地鐵；節(jié)能；勻速運(yùn)行；惰行

1.南京地鐵節(jié)能背景因素分析

南京地鐵寧天線車場(chǎng)在線路中部，運(yùn)營(yíng)過(guò)程中產(chǎn)生了較多的空駛，進(jìn)而造成更多的運(yùn)能浪費(fèi)。隨著客流增加及未來(lái)線路的延長(zhǎng)，為匹配運(yùn)能需求，寧天線必然會(huì)繼續(xù)增加上線列車，空駛率也必然會(huì)增大，就會(huì)浪費(fèi)更多的能耗。如果我們調(diào)整列車回庫(kù)速度，就會(huì)大大降低空駛率過(guò)高對(duì)能耗的影響。

2.節(jié)能運(yùn)行方式計(jì)算

2.1回庫(kù)車目標(biāo)速度設(shè)計(jì)

本文采用的節(jié)能方式以列車運(yùn)行平均速度作為目標(biāo)速度，并圍繞著目標(biāo)速度按牽引-惰行運(yùn)行，以達(dá)到節(jié)能目的。列車起動(dòng)階段盡量利用最大牽引力牽引，在區(qū)間運(yùn)行時(shí)采用惰行工況，區(qū)間調(diào)速避免采用制動(dòng)，如果列車目標(biāo)速度小于當(dāng)前限速，當(dāng)接近目標(biāo)速度時(shí)列車將貼近目標(biāo)速度采用牽引-惰行模式運(yùn)行；如果目標(biāo)速度大于當(dāng)前限速，則在接近限速時(shí)將采用惰行運(yùn)行，如果速度仍上升，則采用制動(dòng)運(yùn)行，當(dāng)前方限速曲線值為零時(shí)列車將以最大制動(dòng)力停車，列車運(yùn)行方式如圖所示：

如圖，v（50km/h）為目標(biāo)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(guò)程為：在列車速度達(dá)到或超過(guò)速度值k1時(shí)，列車將采用惰行方式，若列車處在下坡，速度繼續(xù)增加，當(dāng)其速度大于值k2時(shí)，采用制動(dòng)方式。在下坡道上，為防止列車工況頻繁地在惰行、制動(dòng)間轉(zhuǎn)換，可將制動(dòng)工況后的惰行條件確定為低于目標(biāo)速度值m1。這樣列車以制動(dòng)工況運(yùn)行到速度m1時(shí)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(xù)下降，則下降到m2時(shí)再重新轉(zhuǎn)換為牽引工況，繼續(xù)運(yùn)行。

南京地鐵寧天線從泰山新村站至金牛湖站，線路全長(zhǎng)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(yùn)行時(shí)間約為53分鐘，列車平均運(yùn)送速度約51 km/h，另外，空駛回庫(kù)列車在通過(guò)車站時(shí)，信號(hào)系統(tǒng)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(jìn)出站處都有節(jié)能坡設(shè)計(jì)，列車在進(jìn)站時(shí)有上坡道，出站時(shí)有下坡道。如果列車在區(qū)間運(yùn)行時(shí)始終保持45 km/h的速度形式，在列車進(jìn)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(jìn)站；同理，出站時(shí)通過(guò)下坡道時(shí)，列車必須提供一定的制動(dòng)平衡列車重力，方能保持勻速出站，這也會(huì)帶來(lái)少量的能量損耗。如果列車在區(qū)間以略高與45 km/h的速度運(yùn)行，即可解決這一問(wèn)題。假定列車平均運(yùn)行速度約50 km/h，則列車在進(jìn)站時(shí)受上坡道的影響，即使不提供牽引和制動(dòng)，也會(huì)由于重力作用降速，以更接近45 km/h的速度通過(guò)車站；同理下坡運(yùn)行時(shí)，即使不提供牽引，列車也會(huì)由于重力作用加速，進(jìn)而接近目標(biāo)速度50 km/h。

2.2列車50km/h勻速回庫(kù)可行性研究

在高峰轉(zhuǎn)平峰的時(shí)段，泰山新村站開(kāi)往葛塘站回庫(kù)時(shí)，泰山新村至葛塘全長(zhǎng)S=12.18km，假設(shè)回庫(kù)列車運(yùn)行的平均速度v=50km/h，可算出列車以50km/h勻速運(yùn)行至葛塘?xí)r間約為h=14.6分鐘，載客列車從泰山新村至葛塘的運(yùn)行時(shí)間約為14.4分鐘。經(jīng)多輛回庫(kù)車測(cè)試，上行回庫(kù)時(shí)，當(dāng)前方載客車從泰馮路上行開(kāi)出后，后方回庫(kù)車從泰山新村折返線開(kāi)始以50km/h勻速運(yùn)行回庫(kù)，運(yùn)行期間與前后列車間隔相對(duì)均勻，對(duì)前后載客列車不會(huì)造成影響。

下行從方州廣場(chǎng)回庫(kù)時(shí)，方州廣場(chǎng)至葛塘全長(zhǎng)S=15.87km，假設(shè)回庫(kù)列車運(yùn)行的平均速度v=50km/h，可算出列車以50km/h勻速運(yùn)行至葛塘?xí)r間約為h=19分鐘，載客列車從方州廣場(chǎng)至葛塘的運(yùn)行時(shí)間約為19.7分鐘。當(dāng)前方載客車從鳳凰山下行開(kāi)出后，后方回庫(kù)車從方州廣場(chǎng)存車線開(kāi)始以50km/h勻速運(yùn)行回庫(kù)，運(yùn)行期間與前后列車間隔相對(duì)均勻，對(duì)前后載客列車不會(huì)造成影響。

3、后續(xù)需要解決及優(yōu)化的問(wèn)題

3.1降速回庫(kù)需要精準(zhǔn)數(shù)據(jù)的支撐

通過(guò)對(duì)列車單位能耗計(jì)算，可提供一個(gè)有效的方案。由于列車勻速回庫(kù)優(yōu)化設(shè)計(jì)是一個(gè)牽涉多專業(yè)的綜合型題目，與線路的特性，列車的車輛狀況，節(jié)能坡的影響等都有關(guān)系，通過(guò)一段時(shí)間的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，對(duì)本方案使用前后列車能耗進(jìn)行對(duì)比，結(jié)合實(shí)際的能耗情況進(jìn)行綜合的確定。能夠得出這種運(yùn)行方式是否能為地鐵運(yùn)營(yíng)帶來(lái)節(jié)能的效果，且節(jié)能的效果如何。這需要相關(guān)專業(yè)能夠通過(guò)設(shè)備檢測(cè)數(shù)據(jù)給與支持。

3.2通過(guò)大數(shù)據(jù)對(duì)比分析，可制定出更準(zhǔn)確的列車回庫(kù)速度

如果通過(guò)測(cè)算得出的結(jié)論是有效的，即使用特定的速度勻速回庫(kù)確實(shí)能做到節(jié)能的效果，則還需要相關(guān)專業(yè)通過(guò)不斷地?cái)?shù)據(jù)收集，進(jìn)一步發(fā)掘更加節(jié)能的目標(biāo)速度，步驟包括跟車數(shù)據(jù)記錄、下載單個(gè)列車運(yùn)行數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)整理等。綜上找尋最適宜綜合效率的速度點(diǎn)，即在不影響回庫(kù)效率的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步計(jì)算出能耗最低的運(yùn)行速度。

3.3通過(guò)信號(hào)系統(tǒng)為回庫(kù)列車提供推薦速度

為提高回庫(kù)效率以及最大化節(jié)能，通過(guò)不斷更新對(duì)比，最后確定合適的回庫(kù)速度，可與專業(yè)討論將此速度設(shè)定為回庫(kù)列車的速度碼，只要系統(tǒng)認(rèn)定某一列車為回庫(kù)車，就會(huì)為其提供合適的速度碼，這樣以來(lái)既能提高司機(jī)的操作效率，又能盡可能的減少人為因素帶來(lái)的能源浪費(fèi)。

4.結(jié)束語(yǔ)

列車的牽引能耗主要是受基礎(chǔ)設(shè)施和運(yùn)營(yíng)模式所影響?；A(chǔ)設(shè)施一旦建成，其能耗即基本確定，很難進(jìn)一步行優(yōu)化；而由列車運(yùn)營(yíng)模式所產(chǎn)生的能耗是可控的，可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)和研究列車的操縱模式，通過(guò)改變列車的技術(shù)速度和停站時(shí)間等設(shè)定運(yùn)營(yíng)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(kù)確實(shí)能做到節(jié)能效果，但還需通過(guò)不斷地?cái)?shù)據(jù)收集，不斷完善本方案，找尋最適宜綜合效率最高的速度點(diǎn)?？梢钥紤]是否能將此速度碼寫(xiě)入列車信號(hào)系統(tǒng)中，使每一輛回庫(kù)列車，回庫(kù)時(shí)速度碼自動(dòng)設(shè)置為此速度，從而減少人為手動(dòng)駕駛上不必要的能耗。

參考文獻(xiàn)

[1]上海申通地鐵集團(tuán)有限公司.城市軌道交通建設(shè)和運(yùn)營(yíng)技術(shù)[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2008.

[2]李華燦.地鐵行車調(diào)度應(yīng)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(yùn)營(yíng)有限責(zé)任公司）