上海轨道交通二号线列车运行能耗分析_图文

《上海轨道交通二号线列车运行能耗分析_图文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《上海轨道交通二号线列车运行能耗分析_图文（13页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、上海轨道交通二号线列车运行能耗分析杨俭，黄厚明，方宇，尧辉明，陈晓丽（上海工程技术大学城市轨道交通学院,上海201620摘要：通过对上海轨道交通二号线列车在正常运行时牵引和制动系统参数及能 量消耗的测试 分析，研究了再生制动与电阻制动间的作用关系；尽管采用再生制动方式，但是列车通过制动电阻消耗的能量仍然较大，因此对地铁列车制动能量进行 回收很有必要。关键词：轨道交通；能耗；再生制动；电阻制动中图分类号:U260. 13+8文献标识码:A文章编号：1003-1820（2009 04-0023-03收稿日期:2008-10-08基金项目：国家教育部科学技术研究重点项目（208039 ;上海市自然科

2、学基 金（08ZR1409000 ;上海市科委科技攻关项目（061111033作者简介：杨俭（1962 ,男,黑龙江哈尔滨人,教授。1引言近年来，随着我国经济实力的提高，各主要城市地铁事业正在迅速发展，在未 来的几年我国将会有更多的地铁线路和地铁列车投入运营。便利的城市轨道交通为市民的出行带来极大便利的同 时，也带来了电能消耗的迅速增加。众所周知，现代经济的迅 速发展必须依靠能源，而我国又是一个 能源相对比较缺乏的国家。因此，分析地铁 列车的能源消耗情况，研究地铁列车节能途径是一项迫在眉睫的工作。2城市轨道列车制动原理分析城市轨道交通列车的供电牵引变电所大多每 隔一个车站设置一个，如图1所 示

3、。列车的制动分3种情况：再生制动、电阻制动、机械制动。下面就 该3种情 况进行论述分析。2. 1列车再生制动当列车进站前开始制动时（制动时初速度在80km/h左右，列车停止从接触网受 电，电动机改为 发电机工况，将列车运行的机械能转换为电能，产生的制动力使列 车减速，此时列车向接触网反馈电能（如图1中的列车1。如果接触网电压过高或两个牵引变电所区间无其他列车吸收反馈能量时，则不能实现再生制动，自动切换为电阻制动。因此实 施再生制动必须满足两个条件：1再生（反馈电压必须大于 接触网电压；o再生电能必须要由其他列 车吸收（此条件由外界因素所决定，图1中 处于牵引工况的列车2刚好吸收列车1所产生的反

4、馈电能。目前再生制动能量 回收是在 接触网电 压在15001800V（理论值 范围内,当接触网电压超 过1800V 时，通过列车的牵引控制单元（TCU切断向接触网反馈的电能，列车转变为电阻制 动；当接触网电压小于1500V时，此时因欠压 也不能向接 触网反馈电能，XI0Vcgqcwic oniu可 Eime血昨 Idd4-30J3bnpH 咅P!kjE Hn?G+ iXOLACq1V| 4即RCppra列车也转变为电阻制动图1城市轨道列车制动原理示意图2. 2列车电阻制动当不能实施再生制动时，列车会自动切断反馈 电路，实施电阻制动。这时列车 运行的动能转换成电能将全部消耗在列车上的制动电阻上，

5、并转变为热量散发到 大气中去。电阻制动带来的不利因素是电阻产生的高温可能会造成列车其他设备 或电缆的损坏，这将给列车运行带来潜在的危险。另外 减少列车的电阻制动，也减 少了能源消耗。第4期（总第422期内燃机车2009年4月2. 3列车机械制动当列车速度小于10km/h时，利用压缩空气作 为动力源，对列车实施机械制动 直至列车停止。城市轨道交通列车的特点就是线路的站间距短，列车运行时频繁 地起动、制动。就上海地铁而言，基本上在列车达到最高速时很快就开始进行制 动。同时，为了让列车能够准确地按照运行图来运 行,城市轨道列车在ATO（自动 驾驶模式下运行。目前，我国地铁列车大都采用接触网/轨直流供

6、电，牵引系统大 都是变压变频的交流传动系统。列车牵引时从电网吸收能量，制动时采用反馈方式 把制动能量反馈回 电网，当电网电压升 高到一定 程度（1800V时采用电阻制动。 而制动电阻的使用有 以下弊端：制动电阻消耗电能，制动能量被浪费；有强迫风冷 的制动电阻，列车必须提供强迫风，这也是一种电能的浪费；车载的制动电阻增加 了列车重量，同时增加了列车的造价；制动电阻发热对列车 其他设备和隧道内其 他设备造成影响1。基于地 铁列车快速起动、 快速制动、全线以精确的预设速 度运行的特点，列车在起动时会消耗大量的电能，在制动时就必然要产生相当大的 制动能量。再生制动把动能转化为电能送入电网供其他列车使用

7、，这极大地降低了 列车的实际能量损耗。3能耗测试方案由于城轨列车在运营的不同时段列车间隔是 不同的，而不同间隔下列车制动时 反馈电能被其他 列车吸收的情况也可能不同。因 此,我们测量了列车在正常运行 下的能量消耗。上海地铁二号线采用 AC02型电动列车,为了研究AC02型电动列车电阻制动 的效果如何，需要测试列车在不同工况下（牵引、制动的线路电压、线路电流、 制动电阻电流的具体情况。使用记录仪完成牵引与制动指令下的测量，将该2个指令输入到记录仪的数字通道中。在AC02型列车的牵引系统中，安装了部分电压传感器与电 流传感器，可 以直接进行取样，这样可以得到触网 电压（UN、中间电压（UD、牵引电

8、流（I T 3 个参数和电阻制动电流（IRB。为了信号采集的精确和有 效，对以上信号的测量， 使用1000Hz的数据采样频率,所采集的数据符合GTO的开关特性。4能耗测试 及计算上海地铁二号线全长2512km,日均客流量为50万人次,运营平均间隔时间为 3min,沿途共设17个站，共有32列车,都采用西门子公司的A型车,编组方式为6 节编组，即A -B -C -B -C -A,最大行 驶速度为80km/h。电阻制动能耗2计算公 式：W i =I 2i R t式中:I i为每个采样点的电阻制动电流值，A; R为制动电阻，8; t为采样时间，s。电阻制动所 消耗的总能量 为:W =r W i =

9、r I 2i R t列车实际牵引电能是指列车在区间运行时牵引系统实际消耗的电能，其值是运 行时间内电网电 压和牵引电流乘积的积分3。列车再生制动电能 是指在满足再生 制动条件下牵引电流（电流为负值 情况和电网电压乘积的积分，此时电能反馈电网 并供给其他列车牵引使用。另外将再生制动和电阻制动能量之和定义为电制动能量，因此可以得到：电阻制动能耗占电制动能量比率 =电阻制动 消耗能量/电制动能 量通过对测试数据的计算得到列车在各区间运行时的能量消耗情况，其汇总表见 表1与表2,表中区间号是从始发站开始依次排序。在运行期间 ，列车上行时，电 阻制动能耗占电制动能量比率为6113%;列车下行时，电阻制动

10、能耗占 电制 动能量 比率为5156%。表1列车上行电能测试及计算数据kW #h区间实际牵引电能 再生制动电能制动电阻能耗 143. 8426. 440. 08104 245. 1210. 082. 362236 347. 212. 681. 542994 459. 6815. 641. 124496 556. 0021.840. 008528 647. 220. 120. 058216 746. 8826. 280. 049484 844. 3233. 360. 011904 957. 4426. 680. 010276 1059. 6824. 280. 012448 1163. 3619.

11、 404. 997352 1244. 4824. 6882. 177436 1353. 625. 240. 011116 1455. 8418. 242. 47374 1560. 969. 085. 627312总计 782. 4314. 04820. 5493824内燃机车2009年表2列车下行电能测试及计算数据kW #h区间实际牵引电能-E9|C1UHCLFfl 1K|bnpjispjiiftHOflWiCi制动电阻能耗 160. 3223. 360. 375492262. 0827. 361. 361388356. 9623. 63.172816439. 0424. 920. 14184

12、4548. 0028. 764. 460364659. 6828. 484. 437652759. 0439.280. 028852855. 8428. 0561. 789748959. 0424. 480. 0290841059. 234. 160. 0324761158.8839. 40. 1857441236. 6412. 160. 0760641350. 7215. 360. 034714489. 683. 4516041538.5632. 163. 647676总计391.21623. 2255Ychujtl onuiaj 己严匕购口尹 州血:删和幣亡邮! rkKr i?（XAAqV

13、I） U|1R9006U（）300-300204060KO100-600120VaKairicgpcpijcmclomo 门 jUlbc 中册 Enijrrpcpyip脚niE haiwVII曲庐OD图2牵引参数随时间变化的规律（北新泾 威宁路5测量结果分析所测数据是列车在低峰运行时段，电阻制动实 际工作的次数是较低的。15个 区间中上 行时有7次明显的电阻制动，下行时8个区间有明显的电阻 制动，具有明 显产生电阻制动的概率为50%。如果列车在高峰阶段运行时，电阻制动实际工作 的次数相对会增加的，因为列车的动量会大大增加，产生的制动能量也会更大, 使接触网电压容易超过1800V,因此转变为电阻

14、制动就多。由于列车电阻 制动 的产生是具有随机性的，与列车运行图、载客量、运行状态及制动状况等因素有 关，完全准确测试和计算出电阻制动能耗大小是非常困难的。根据列车电阻制动的随机过程和统计规律，保守计算出上海轨道二号线列车每年的电阻制动能耗可高 达 500 万 kW #h。图2图5是不同区段触网电压（UN、中间电压（UD、牵引电流（IT、制动电 流（IRB随时间变化的规律。由图中可以看出，当制动列车附近没有 其他列车吸收能量时，接触 网电压明显上升，大约在17501790V,此时接触网无法再容纳更多的 制动能量， 于是采用电阻制动的方式，让多余的能量变为热能逸散掉图3牵引参数随时间变化的规律（

15、威宁路娄山关路图4牵引参数随时间变化的规律（江苏路静安寺图5牵引参数随时间变化的规律（东昌路世纪大道6结论上述分析表明，列车在运行期间电阻制动实际工作的次数较多，电阻制动能耗 非常严重。如果将电阻制动能量进行回收并合理利用，可以达到节约能源的效果。城市轨道交通列车制动能量合理利=下转第47页特点。3. 2主要技术参数输入直流电压 N 110(变化范围：90240输出直流电压 N 15, 5输出直流电流/mA 150, 550电压调节范围 N 14151614, 415515稳压精度/%? 1杂音电压电话衡重杂音电压/mV 2宽频杂音电压/mV 20(3. 430kHz峰峰值杂音电压 /m V

16、100离散频率杂音电压/mV5(3. 4150kHz 3(150200kHz 2(200500kHz 1(0. 530MHz 效率 /%80过压保护值/V 18, 7欠压保护值/V 12, 4限流值/m A 160, 580并联工作的均 流误差/%? 5 3. 3工作原理如图1所示,DC -DC电源变换器采用机车控制 电路110V稳定电源,通过滤 波、单端正激变换，然后分别进入不同变压器，通过一系列整流、 取样、脉宽调 制、滤波，电压电流稳定为15V/150mA和5 V/550mA,分别满足对讲机和手机的充4验证与运用效果通过2006 2008年DF 4型机车运用情况统计,没使用DC -DC变

17、换器前有 手 机17个、对讲机34个,由于电池没电造成信号不好共 57次,影响安全 运输6 次。安装DC -DC电源变换器后,电池电量全部完好,因其他原因造成信号不好3 次，没有影响安全运输。无线通讯设备DC -DC电源变换器的使用有效 地解决了因自身电源老化造成 的通讯中断问题，为机车乘务员严格执行/问路式0调车提供了可靠的 技术支持， 在一定程度上杜绝了因通讯中断造成的 盲目动车隐患，从而确保了安全运输。自无 线通讯 设备DC -DC电源变换器在机车 上安装使用以 来，未出现过一起通讯中断现象，机车各项作业从计划下达到信号确认、动车等各环节清晰明了 ，安全隐患明显降低。无线通讯设备 DC

18、-DC电源变换器的 使用取得了很好的应用效果。参考文献：1 林聪云内燃机车电传动M.北京 冲国铁道出版社,1998. 2王连森.内燃 机车检修M.北京：中国铁道出版社,2001. 3张志明.普通电工学M.上海:高等 教育出版社,1993.=上接第25页用具有广泛的应用前景和市场潜力，它将为城市轨道交通列车节能和运行环境 的改善做出巨大的贡献。参考文献：1 曾建军，林知明，张建德.地铁制动能量分析及再 生技术研究J.城市轨道交通研究,2006, (6 :33 36.2 黄厚明，杨检，宋瑞刚.超级电容在城市轨道车辆 中的节能应用J.上海工 程技术大学学报，2008, (2 :117 120.3 刘

19、宝林.地铁列车能耗分析J.电力机车与城轨车辆，2007 (4 :65 70.Key words:rail ca r; hydrodyna mic reversing trans -mission block; torque c onverter; test; desig nA new DC signal acqu isition circuit for locomotive and its imp lementation m ethodZ HAO Dia n -bin(CNR Dalian Electric Trac tion Technology R &DCen -ter, Dalian 1

20、16022, ChinaAbstract: On the basis of an alyz ing the problems in traditi onal DC sig nal acquisiti on circuit design, a new DC signal acquisition circuit based on analo g switch which is used to coutrol the DC sig nal s in put and c utoff was suggest -ed, and its prin ciple and impleme ntati on met

21、hod we re pre -se nted.Key words:DC -sig nal; an alog switch; con trol; im -pleme ntati on methodEn ergy con sum pti on of trains running on Shan ghai Metro Line 2Y ANG Jia n, HUANG Hou -mi ng, FANG Yu, YAO Hu-i mi ng, CHEN Xiao -li(Sha nghai Un iversity of Engin eeri ng Scien ce, Shan ghai 201620,

22、Chi naAbstract:By an alyz ing the en ergy con sumpti on of the tract ion and brak ing syste m of trains running on Shan ghai Me tro Line 2, the rela t ion ship betwee n rege n erati on brak ing and resista nee brak ing is in vestigated. In order to reduce the large en ergy con sumpti on of resista n

23、ee brak ing, the reas on -able suggest ion of ene rge sav ing is proposed.Key words:metro train; en ergy con sumpti on; re -ge nerati on brak ing; resista nee brak ingTechnical reform of hydraulic lift platform for d iesel engine repaireSHI Yong -ge(Science and Tec hnology Researc h Institute of Wul

24、u -muqi Rail wa yAdministration, Wulumuqi 830011,Chi naAbstract:By technical reform, it has been solved tha t high failure rate of hydraulic lift pla tfor m for diesel en -gine repaire using mech ni cal synchroni zati on tech niq ue, wa s caused by highe r load -bias. The reform also has made up for

25、 the desig n defects of mec hani cal en closure in ope ning drive system and reliability of hydraulic loc k system.Key words:die sel engine; hydraulic; lift platform; technical refor mDiscussion abou t train s coupler failureprotecti on to JZ -7brakeZ HANG Bin(Ziya ng Loco motive Co. , Ltd. , Ziya n

26、g 641301, Chi naAbstract:This article an alysed why JZ -7brake isn t equipped with couplor failure protect ion, and it also de -scribed the func tio n of the c oupler failupe protec tio n for 26L brake and DK -1brake, and the author recommended a method about how to add the train s coupler failure p

27、rotec -tion to JZ -7brake.Key words:loco motive; brake; emerge nc y brak ing; trains c oupler failure protectio nAnalysis and treatment of a uncomm on failure for cooling fan coupling for G K 1C locomotive P AN Zh-i bin(Gua ngzhou Port Group Co. , Ltd. , Gua ngzhou 510730, ChinaAbstract:The co mmon failure s and treatme nt meth -ods for GK 1C locomotive cooli ng fan coupli ng we re briefed. A unco mmon failure of cooli ng fan coupli ng pump sha ft break was an alyzed in detail, and the coun ter meazures for it were give n.Key words:GK 1C loc omotive; c ooling fan; pump shaft; break trea tment