ｉ交通环保 ＬＯ ＣＡＲＢＯＮＷＯＲＬＤ ２０１６／３ 成都地铁７号线列车再生制动能量吸收方案研究 刘跃华（成都地铁有限责任公司，四川成都６１００４１） 【摘要】分析了国内外量前所应用的列车再生制动能量吸收装置方案的优缺点，提出了城市轨道交通设置列车再生制动能量吸收装置的建 议方案，选择适合于成都地铁７号线工程特点的再生制动能量吸收装置设置方案。 【关键词ｌ再生制动；能蠢吸收装置；设置方案 【中国分类号】Ｕ２７０．３５ 【文献标识码】Ａ 【文章编号】２０９５—２０６６（２０１６）０８—０２１０—０２ １概述 １．１工程概况 成都地铁７号线工程为环线工程，线路全长３８．６ｋｉｎ，设置 车站３１座。全地下车辆段ｌ座，全地下停车场１座，车站最大 站间距２．１９４ｋｍ，最小站问距０．７２９ｋｍ。平均站间距１．２４５ｋｍ． 列车削动频繁。产生的削动能量较多。 能的转换过程。列车制动时由机械能转换为电能．反馈到牵引 供电网，部分电能被邻近运行的车辆吸收，多余的电能将引起 牵引电网网压的升高．为了避免这种情况的发生。有必要在城 市轨道交通牵；１系统中设置再生制动能量吸收装置。由于列 车之闻再生能量吸收的大小随着运行图的波动而具有很高的 敏感性．因此以７号线各运营年度高峰小时列车追踪间隔作 为实例来说明列车再生制动能量被相邻列车吸收利用的比例 １．２列车再生制动能量吸收方案目的及意义 城市轨道交通是解决现代城市交通拥挤、保护城市生态 环境的有效途径，列车运行具有站间距短、运行速度快、制动 频繁等特点。其制动一般为空气制动和电阻制动两种。运行中 时速５ｋｍ／ｈ以下及７０ｋｍ／ｈ以上时采用空气制动．时速５— ７０ｋｍ／ｈ时以阻制动为主．空气制动为辅。 关系 实际的系统再生能量回馈效果，还应充分考虑实际列车 运行的运行图波动．在多运行图供电系统仿真的基础上综合 考虑。 根据牵引仿真计算，全线运营中列车制动产生的能量与 列车由牵引网获取的电能的比值为４０．１２％。 根据７号线工程供电系统牵引仿真计算结果并结合实际 运营数据．可近似得到不同列车追踪间隔下的高峰小时下列 车稍动能量的弄Ｉ３甩率（变电所无吸收装置时）见表１。 表１高峰小时下列车翩动能量的利用率裹 运营时期 ６对『ｈ ｌ２对，ｈ 目前通用的是将列车制动电阻放置于列车上，当再生电 阻不再起作用时采用空气制动。这种做法不仅增加了列车的 负担．浪费能源，而且列车电阻制动产生了的大量热量，会导 致地铁隧道的温度升内高，对通风系统的提出了更高的要求。 如果考虑在线路沿线设置合理的再生电能吸收装置不但 可以有效减少隧道温升等问题，还能通过能源再次利用产生 良好的综合经济效益。鉴于此，各地区的轨道交通建设也日益 关注车辆再生能量的吸收及利用问题 列车制动能量 被相邻车吸收制动 不能被相邻列车利用的再 比例 能量的比例 生制动功率（ｋＷ） ４．０．１２％ ４０．１２％ １６．３３％ ２ｌ ２１％ ２６ｌ７ ４３３７ 初期（１５对ｈａ） ４０．１２％ ２９＿３５％ ４８３６ 随着国内变流技术的成熟，为了有效利用城市轨道交通 车辆制动再生能量．降低通风空调系统负担，节省电能，对本 工程列车再生电能吸收方案进行专题研究。 近期（２４对／ｈ） 远期（２７对／ｈ） ４０．１２％ ４０．１２％ ３０，２０％ ３０．２Ｏ％ ５８６３ ６８１０ ２地铁列车牵引与制动能量流分析 地铁列车的运行过程从能量转换角度看 就是机械能与 从表１结果可以看出，在牵引供电系统没有配置吸收装 置时．不能被系统利用的再生能量只能以热能的形式由列车 制动电阻或机械制动消耗在地下隧道和车站中，既浪费了电 施工过程中的安全生产管理工作的开展。一般情况下。市政道 路施工的现场区域要划分安全施工警示区域、道路上游施工 的过渡区域、道路施工的缓冲区域、道路施工的作业区域、道 域路段，还要严格的安设多名安全管理人员，从而对施工现场 做好安全生产管理工作，监督管理现场的安全操作．同时也要 做好施工现场的交通安全管理工作，交通安全管理部门也要 设立专门的人员对施工区域附近实行全天轮休削的安全检查 路下游施工的过渡区域、施工终止区域等。一般安全施工的警 示区域要大于１５００ｍ．安全警示的作用是为了提醒司机或者 行人．前方为施工路段，设置一定范围的警示区域是为了保证 与巡逻。此外。在施工现场，还要具备交通安全的协商指挥人 员．这样就可以对施工区域的交通问题进行处理与指挥。施工 附近交通的安全 在安全警示区域一定要设立统一的安全道 现场的安全作业是施工过程中最需要重视的问题．安全管理 检查施工操作是否规范。施工设 路标识．标识设置的地点一定要醒目．以便及时提醒行人与司 人员要时刻对现场进行监督．机．前方施工路段禁止入内。而道路施工的上游过渡区域主要 是提醒车辆转换车道，缓冲的区域长度一般在１００ｍ范围内， 主要是为了引导车辆缓慢有序的前进。施工作业的区域主要 圣 是施工的主要操作场地，包括作业区域以及放置各种施工材 备是否完善．及时发现安全隐患，在安全事故发生时也要及时 的采取有效的防护措施。 ４结束语 总之．市政道路施工中的安全问题是人们对关注的问题， 在施工过程中，我们在保证施工现场安全生产管理的同时，还 犟 料与设备的区域。施工下游的过渡区域长度要大于３０ｍ，作用 是提醒车辆改变前进方向。施工终止的区域是道路施工所到 达的终止地点 要做好交通安全的防护措施．市政道路施工中安全管理策略 是综合多方面的管理措施，以保证市政道路施工的安全。 ３．２．２市政道路施工现场耍做好交通安全管理 市政道路施工现场还要做好交通的安全管理工作，在施 量 工现场，施工人员要穿特定的施工安全服装，在道路施工的区 ２，Ｄ 收稿日期：２０１６—２—２７ ＬＯＷ ＣＡＲＢＯＮ Ｗ０ＲＬＤ ２ｏｌ６，３ 交通环保 能又增加环控系统的负担．在牵引所设置再生电能吸收装置 的目的就是对这部分能量进行吸收、利用或集中消耗。 时。电压回到设定的电压值以下或当列车转为其它工况时．逆 变回馈装置停止工作 （２）方案二：回馈至中压网 ３列车再生制动电能吸收方案研究 ３．１列车再生制动电能吸收方案类型介绍 国内绝大多数城市轨道交通列车再生制动电能吸收装置 均采用车栽制动电阻形式．其制动电阻分散安装在各动车内。 工作原理：逆变单元一端通过断路器连接于直流母线上， 另一端与牵引变电所３５ｋＶ母线连接。系统根据交、直流电压 的变化，如直流母线电压高于１６８０Ｖ（动作值可以设定），并经 直流侧电流的极性进行综合判断．确定在线列车已处于再生 为了减轻车体重量．回收利用能源．在列车车体外设置再生制 动电能吸收装置的多种方案开始在国内外城市轨道交通工程 制动状况后，自动跟踪系统电压相位、频率等参数，投入逆变 回馈型装置．将列车再生电能直接回馈到３５ｋＶ电网。当当列 中进行尝试，方案主要分为电容储能型、电阻耗能型、逆变回 馈型三种。对三种方案的技术情况介绍如下： ３．１．１电容储能装置 该装置将列车的再生制动电能存储到大容量电容器组 中，当供电区间内有列车起动、加速需要取流时，将所储存的 电能释放出去并再利用。优点：有效利用了列车再生电能，节 能效益好：并可取消或减少列车车栽制动电阻，降低车辆投 资，提高列车动力性能；直接接在牵引网或牵引变电所正负母 线之间，列车再生电能直接在直流系统内转换，对系统不会造 成影响：该装置为静态电容储能装置．维护和元器件更换较为 方便。缺点：目前国内无成熟，国外产品价格高；对于运量较大 的城市轨道交通线路，目前的产品容量较小，寿命周期短，不 能满足完全吸收列车再生电能的需要 ３．１．２电阻耗能装置 该装置将列车再生制动产生的电能在电阻上以热量的形 式消耗掉。优点：可以取消车栽制动电阻，降低车辆投资，提高 列车动力性能：可以降低隧道温度、减少闸瓦制动对闸瓦的消 耗和闸瓦制动产生的粉尘，技术成熟．造价低；有否再生电能 吸收的条件完善，判断准确。缺点：列车再生电能在电阻上集 中发热消耗，造成电能的浪费；且会引起环境温度升高，为散 热需要大功率的通风装置．增加了电能消耗和设备投资。另 外，其运行过程中的高频噪音扰民现象严重，经常引起居民投 诉．配置吸声措施后仍无法有效解决。 ３．Ｉ＿３逆变回馈装置 该装置中牵引变电所中的整流器直流母线与直流侧相 联．其交流进线接到交流电网上；当列车再生制动产生的电能 不能被邻近车辆吸收时，逆变器启动，将直流电逆变成交流 电．并回馈至交流电网。优点：实现了能量的回收利用，节能效 益好：并可取消车载制动电阻，降低车辆投资，减少车辆重量． 提高列车动力性能：且不必配置储能装置。多余能量直接回馈 到交流电网．对环境温度影响小，适合于室内安装。缺点：列车 再生电能经逆变器逆变后接入３５ｋＶ（或０．４ｋＶ）系统，需配置 完善的保护装置。此外，逆变装置。运行时将产生小量谐波，需 设置小电抗器进行吸收处理。 ３．２列车再生制动电能吸收装置方案比选 结合目前行业技术发展趋势．本次研究建议７号线牵引 变电所内再生电能吸收装置按逆变回馈型装置实施。 ３．３逆变回馈型方案比选 （１）方案一：回馈至整流变压器次边 工作原理：逆变单元一端通过断路器连接于直流母线上． 另一端与整流变压器次边连接。系统根据交、直流电压的变 化．如直流母线电压高于１６８０Ｖ（动作值可以设定），并经直流 侧电流的极性进行综合判断。确定在线列车已处于再生制动 状况后，自动跟踪系统电压相位、频率等参数，投入逆变回馈 型装置，实现并网向整流变压器１１８０Ｖ侧逆变回馈电能．并根 据电网再生反馈电流的大小，自动调节逆变回馈型装置通过 电流，实现电网电压稳定。逆变回馈型装置将列车再生电能通 过整流变压器回馈到３５ｋＶ电网。当列车没有多余电能吸收 车没有多余电能吸收时．电压回到设定的电压值以下或当列 车转为其它工况时，逆变回馈装置停止工作。 （３）方案三：回馈至中压网＋电阻混合逆变 工作原理：逆变单元一端通过断路器连接于直流母线上。 另一端与牵引变电所３５ｋＶ母线连接。系统根据交、直流电压 的变化，如直流母线电压高于１６８０Ｖ（动作值可以设定），并经 直流侧电流的极性进行综合判断．确定在线列车已处于再生 制动状况后，自动跟踪系统电压相位、频率等参数，投入逆变 回馈型装置，将列车再生电能直接回馈到３５ｋＶ电网．当列车 没有多余电能吸收时．电压回到设定的电压值以下或当列车 转为其它工况时，逆变回馈装置停止工作。 采用逆变和电阻混合吸收方式，一旦逆变故障退出．电阻 吸收可以承担车辆的再生能量。确保了车辆电制动的可靠性 及行车安全：由于电阻吸收部分承担了很少的能量吸收．可适 当减少吸收电阻的散热要求 （４）方案四：回馈至０．４ｋＶ母线＋电阻混合逆变 工作原理：系统根据交、直流电压的变化．如直流母线电 压高于１６８０Ｖ（动作值可以设定），并经直流侧电流的极性进 行综合判断，确定在线列车已处于再生制动状况后．投入逆变 回馈型装置。随后，根据电网再生反馈电流的大小，自动调节 逆变回馈型装置通过电流．实现电网电压稳定。逆变回馈型装 置将列车再生电能通过隔离变压器回馈到Ｏ．４ｋＶ电网．当列 车再生电能吸收完．促使电压回到设定的整定电压值以下、或 当列车由再生制动转为其它工况运行时。经系统判断，逆变回 馈型装置将停止电能回馈。 由于０．４ｋＶ电网系统容量较小．不能完全消耗的再生电 能．需由装置自带的吸收电阻吸收消耗。 ４结论 本工程在初步设计已预留逆变回馈装置土建安装条件， 取消列车车载电阻后．无论采用电阻能耗装置还是采用逆变 回馈装置．其装置工作原理都是分别源自列车车栽电阻和列 车ＶＶＶＦ网侧回路．产品技术已成熟．对系统网压不产生影 响．从国家节能减排要求出发，结合本工程为全地下环线工程 特点．本次研究推荐７号线工程取消车载制动电阻．并在各牵 引变电所设置再生电能吸收装置 参考文献 【１］赵立峰，张发明．北京地铁５号线再生电能吸收装置．现代轨道交 通．２ｏｏ８． 【２】曾建军，林知明，等．地铁制动能量分析及再生技术研究．城市轨道 交通．２００６． ［３】连鹏飞．深圳地铁２号线工程再生制动能量吸收装置设置方案研究． ２００７． ［４】王彦峥，等．城市轨道交通再生电能的吸收与利用分析．城市轨道交 通研究．２００７． 收稿日期：２０１６—２—２６． 作者简介：刘跃华（１９７７一），男，工程师，主要从事技术管理工作。 ２１１
