現(xiàn)代有軌電車重聯(lián)模式下的能耗分析

王平 王瑩

摘要：西郊線是國內(nèi)首條運用重聯(lián)方式載客的線路，重聯(lián)通過網(wǎng)關(guān)進行車輛與列車間的數(shù)據(jù)交換，滿足季節(jié)性大客流的運營需求?，F(xiàn)以現(xiàn)代有軌電車重聯(lián)運行模式為研究對象，突出技術(shù)特點和優(yōu)勢，通過采集數(shù)據(jù)，分析重聯(lián)車輛能耗。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代有軌電車;重聯(lián)運行;網(wǎng)關(guān);能耗

0? ? 引言

西郊線貫穿“三山五園”，節(jié)假日客流劇增，單列車載客無法滿足集中時段的大客流需要。因此，在車輛具備重聯(lián)功能的前提下，采用靈活編組的重聯(lián)運行模式，提高車輛的載客能力。鑒于此，掌握重聯(lián)后的列車運行消耗電能情況，可為后續(xù)運營提供依據(jù)，積累經(jīng)驗。

1? ? 國內(nèi)有軌電車重聯(lián)運用及發(fā)展

目前，動車組重聯(lián)運行是國內(nèi)普遍認同的方式[1]，西郊線運用重聯(lián)運營填補了現(xiàn)代有軌電車在這一領(lǐng)域的空白。將同型號的有軌電車通過機械及電氣方式組合在一起，由原一列車5節(jié)車廂變?yōu)橐唤M車10節(jié)車廂，即重聯(lián)。該方式能夠增加運能，提高乘車效率，降低運營成本。

有軌電車因速度高、靈活編組、外觀新穎受到廣泛關(guān)注。我國有軌電車（含輕軌）系統(tǒng)里程為332.49 km，在建里程達585.14 km，規(guī)劃里程超過10 000 km，在一線和三四線城市都在迅速發(fā)展[2-3]。有軌電車本身載客能力有限，應對大客流變化提升運力是車輛需要面對的一個重要考驗。參考高鐵的重聯(lián)運行方式，融入重聯(lián)理念，設計重聯(lián)功能，這是有軌電車運營的一種發(fā)展趨勢。在保證安全的前提下，應逐漸規(guī)范有軌電車重聯(lián)功能的使用，重聯(lián)的基本操作、故障排查、救援流程等，進一步制定詳細的規(guī)定，將重聯(lián)運行進一步規(guī)范化。

2? ? 有軌電車重聯(lián)概述

重聯(lián)示意圖如圖1所示，即兩個相同型號的有軌電車通過折疊車鉤將兩個車頭部分固定，通過車輛兩端的預留接口與可拆裝的插頭將電氣控制線路聯(lián)通。網(wǎng)絡是重聯(lián)車重要的組成部分，重聯(lián)車配置GTW作為車輛總線MVB與列車總線WTB通信的接口設備，一組車通過兩臺GTW來實現(xiàn)列車的網(wǎng)絡架構(gòu)，每臺GTW由主、從兩個模塊單元組成，互為冗余，兩個模塊始終有一個處于激活有效狀態(tài)，實現(xiàn)全組車和車輛之間的雙向數(shù)據(jù)通信，執(zhí)行相關(guān)控制及列車狀態(tài)反饋功能[4]。

2.1? ? 重聯(lián)技術(shù)特點

（1）有軌電車在功能設計時應具備重聯(lián)編組功能;

（2）兩列車的網(wǎng)絡傳輸物理介質(zhì)必須相同，即WTB列車總線;

（3）兩列車的通信方式必須相同，即列車網(wǎng)絡通信節(jié)點具有統(tǒng)一的通信定義模式[5];

（4）重聯(lián)有軌電車各控制子系統(tǒng)所用的軟件和版本必須一致;

（5）具有相同的電路，這樣才能達到同步運行、減少內(nèi)耗的目的。

2.2? ? 重聯(lián)運行優(yōu)勢

（1）重聯(lián)車運行，輸送乘客的能力擴大一倍;

（2）保證車廂一定滿載率的情況下，縮短了乘客的候車時間，減小了站臺組織的安全風險;

（3）重聯(lián)車與相同數(shù)量單車相比，在滿足運營的前提下，中間連接的司機室不使用，減少了司機數(shù)量，節(jié)約了運營人力成本;

（4）重聯(lián)后每運行一圈比同數(shù)量單車運營距離減少一列車長度，車輛行駛距離縮短。

3? ? 車輛能耗分析

車輛通過受電弓受流后經(jīng)開關(guān)轉(zhuǎn)換箱，分別為空調(diào)系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)、牽引系統(tǒng)供電，重聯(lián)后的兩列車高壓DC750 V彼此不相連，分別通過本車受電弓受流，供本車負載工作。主電路圖如圖2所示。

現(xiàn)代有軌電車與地鐵模式不同，空調(diào)系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)、牽引系統(tǒng)分別通過受電弓單獨供電?？照{(diào)系統(tǒng)與乘車環(huán)境息息相關(guān)，夏季制冷，冬季供暖，平日通風。輔助系統(tǒng)為將DC750 V轉(zhuǎn)換成AC380 V和DC24 V為車輛負載及蓄電池提供電源。牽引系統(tǒng)為三相異步電機供電，提供車輛牽引動力，司控器發(fā)出的指令通過網(wǎng)絡傳輸至各車輛牽引控制單元，控制電機工作。

3.1? ? 功能分析

車輛重聯(lián)后主從兩列車應同時具備蓄電池控制、受電弓升/降控制、司機室激活控制、安全制動控制、緊急牽引模式、牽引控制、制動控制、廣播控制、重聯(lián)網(wǎng)關(guān)通信等控制功能，以滿足車輛運營需求。

一組重聯(lián)車與兩列單車運行相比，增加了重聯(lián)網(wǎng)關(guān)設備，但在同樣駕駛條件下，重聯(lián)車比兩列單車減少了一個司機室的使用，因此節(jié)省了設備的電能消耗?，F(xiàn)將重聯(lián)后增加及減少的設備功率進行對比，如表1所示。

通過表1可以明顯看出，通風機電壓為AC380 V，是司機室主要的耗電設備之一;另外在不同運行條件下，不使用電熱玻璃、電笛、電暖氣、司機室照明、刮雨器、前照燈等，重聯(lián)后減少的設備功率明顯大于增加的設備功率。因此，在相同運行條件下，重聯(lián)與兩個單車相比，司機室設備使用數(shù)量減少、功率減小，有效節(jié)約了設備使用能耗。

3.2? ? 牽引能耗分析

西郊線列車全長32.35 m，重聯(lián)后的一組車與兩列單車單獨運行比較，上下行一圈少走32.35 m，如按照一天運行13圈，每天上線10列重聯(lián)車計算，一天總計減少運行4.206 km，一個月按30天計算總計可以少走126.18 km。因此，完成運營后，理論上一組重聯(lián)車應比兩列單車運行牽引能耗少。

3.3? ? 數(shù)據(jù)分析

在乘坐率基本相同的基礎上實際跟蹤4組重聯(lián)車輛和4列單車的能耗表現(xiàn)，以每圈為單位進行記錄，如表2、表3所示。

車輛總能耗由牽引能耗、輔助能耗、空調(diào)系統(tǒng)能耗三部分組成，以重聯(lián)和同數(shù)量單車均開啟空調(diào)通風為前提，默認該部分耗電量相同，分別跟蹤統(tǒng)計牽引能耗和輔助能耗，在此基礎上進行分析：

（1）重聯(lián)后的單列車相對于正常單列車平均運行里程每圈減少約0.033 km;

（2）重聯(lián)后的單列車相對于正常單列車牽引能耗每圈減少約1 kWh;

（3）重聯(lián)后的單列車相對于正常單列車輔助能耗每圈減少約0.5 kWh。

因此，重聯(lián)的單車與獨立運行的單車相比每圈運行的里程數(shù)減少，牽引能耗相對降低;雖增加了重聯(lián)網(wǎng)關(guān)，但因車輛設備使用減少，輔助能耗也會降低，故車輛總能耗也相對降低。

4? ? 結(jié)語

有軌電車重聯(lián)通過車輛網(wǎng)關(guān)、車間電纜及車鉤將網(wǎng)絡、電路、機械連接在一起，負責一組重聯(lián)車的通信及控制，相對同等數(shù)量的單車單獨運行能耗降低，節(jié)約了運行成本，重聯(lián)為現(xiàn)代有軌電車運營提供了一種提效節(jié)能的新運行模式。

[參考文獻]

[1] 左大杰，王慈光.客運專線動車組列車重聯(lián)運行相關(guān)問題探討[J].鐵道運輸與經(jīng)濟，2009，31（7）：32-34.

[2] 褚一銘，于棋峰，陶靈犀.墨爾本有軌電車建設運營經(jīng)驗與啟示[J].交通與運輸，2019，35（5）：1-4.

[3] 李永亮，張偉，戎亞萍.現(xiàn)代有軌電車發(fā)展對我國的啟示[J].交通運輸系統(tǒng)工程與信息，2013，13（5）：202-206.

[4] 馬勇.高原交流傳動內(nèi)燃機車的分布式重聯(lián)控制[J].鐵道機車與動車，2019（4）：26-28.

[5] 張沖沖.重聯(lián)列車的初運行特性[J].工業(yè)控制計算機，2019，32（5）：1-2.

收稿日期：2019-12-13

作者簡介：王平（1988—），女，河北人，工程師，研究方向：軌道車輛。