城市轨道交通牵引能耗系统性节能研究

近年来，我国城市轨道交通发展迅速，截至2019年1月，中国已开通地铁的城市有38个。根据国内已建成轨道交通线路运营经验，一条20km的地铁线路用电量约为0.6～1亿kW·h，电费占到城市轨道交通运营费用的50%，而列车牵引用电更是占到城市轨道交通用电的50%。如何有效地降低轨道交通列车牵引能耗，是城市轨道将节能研究的主要方向。本文通过对既有线路车型、速度、站间距、满载率、曲线半径以及节能坡设计等影响因素分析，提出了一系列降低城市轨道交通牵引能耗的优化措施。

1　广州地铁能耗现状

随着广州地铁线网规模增大，客流强度增加，服务水平不断提高，广州地铁线网列车车公里牵引能耗逐年上升，平均每年增幅1.2%。2017年，广州地铁车公里牵引能耗达到了2.5kW·h/km；，其中4号线、5号线以及6号线直流型电机车辆车公里牵引能耗处于较高水平。同时，数据显示广州地铁线网列车牵引能耗占到总能耗的58%；动力用电占总能耗的34%；照明用电占总能耗的5%；办公及其它用电占总能耗的3%。

2　牵引能耗影响因素及优化措施

2.1　牵引能耗影响因素分析

列车牵引能耗与列车属性、线路条件以及行车组织等多个因素有关，而列车属性包含牵引动力特性、空气阻力、内部机械摩擦、车载辅助设备以及车辆自重；线路条件包含坡度设计、曲线半径和站间距；行车组织包含技术速度、加速度、停站方案、满载率与编组方案。

2.2　牵引能耗降低优化措施

2.2.1　选用轻量化车体

目前，广州地铁线网新线选用列车均为铝合金车体电客车，重量较轻。针对列车车辆自重因素，目前可改进的

2拖列车，一列车可减轻重量约1.4t。

～35%；B型车30%～35%；C型车优化方式有车载照明采用LED照明灯具；车载通风空调采用变频空调，同时通过客流量来自动调节高峰期和平峰期列车新风风门，从而实现新风量自动调节。

2.2.3　站间距的设置

研究表明，制动次数减少有利于系统能耗降低，故列车牵引单耗随车站站间距增加而减少。通过仿真结果显示，站间距大于1.4km后，站间距对牵引单耗的影响趋于平缓。所以，从节能角度考虑，线路站间距不宜小于1km，有条件时尽可能大于1.4km。

2.2.4　线路节能坡设计

传统线路轨道设计主要由车站坡、加速坡、惰行坡以及减速坡组成，节能坡的坡度一般设置为5‰～28‰。根据广州地铁1号线测算结果，当列车最高时速为80km/h时，加速坡坡度采用25‰～28‰坡度节能效果最佳。在一号线既有纵断面设计时，列车区间内能耗为25.994kW·h；优化坡度后一号线在区间能耗为24.843kW·h，节能率为8.3%。

2.2.5　合理的牵引模式

线路客流情况可分为高峰期和平峰期，适时地调整列车不同时段运行速度，根据不同时段需求采用不通的最高速度。高峰时段满足运能需求；平峰时段适当降低列车运行速度，有效降低列车牵引能耗。

经过测算，列车在同一区间行驶时，时速75km/h较80km/h时车公里牵引能耗降低了2.51%。

3　结语

基于地铁系统公认复杂性，节能工作主要思路应从单一专业性向系统性转变，才能最终获得较好的综合节能效果。另外，除了新技术、新产品外，首先应严格控制总能耗需求，从初期线路规划、功能定位以及制式选型等源头抓起，并利用先进节能策略、节能管理方式实现真正的动态精细控制，达到更好的节能效果。

本文通过对影响牵引能耗的关键因素进行分析，结合广州地铁运营能耗实际情况，针对规划设计阶段和开通运营阶段提出了牵引节能综合措施。通过理论分析和仿真模拟计算，最终节能率可达5%～10%，这不仅为已开通地铁线路的城市运营综合节能提供建议，也可（下转第88页）

（广州地铁集团有限公司，广州 511430）

摘　要：城市轨道交通系统电能消耗巨大，特别是牵引用电占到了城市轨道交通用电量的50%以上。以广州地铁列车牵引系统能耗为例，通过对既有线路车型、速度、站间距、满载率、曲线半径以及节能坡设计等因素的研究分析，梳理出一系列牵引能耗节能优化措施，有效降低了城市轨道交通列车牵引能耗，对后续建设绿色环保、节能高效的地铁线路具有重要意义。

关键词：城市轨道 交通牵引 节能

保护装置及智能仪表，其过流保护、速断保护功能以及对压流、功率、电度、电度和谐波等产生参数的收集分析功能，上传至后台系统功能，是智能开关柜发挥作用的核心关键。

智能操控装置使得真空断路器、接地开关等实现了自动化操作，在风扇、加热器等设备辅助作用下，当柜内检测发现环境异常时，可保证柜内环境稳定。同时，无线测温装置对柜内关键部位触点温度进行了有效监控。

消弧消谐装置是保障动态监控系统发挥作用的保障，在接地故障、电网谐振或PT断线等发生故障时，消弧消谐装置可进行报警，完成跳闸。

电弧光保护装置是实现监测柜内弧光放电现象，快速保护母线的保障性装置，其主要由电弧光主机、弧光传感器构成，安装于各开关母线室及电缆接头处。在各开关柜设置三个微型红外摄像头，可对开关柜内部实时监控，不仅可对变电站、开关柜内部进行实时监测，更能对放电现象进行捕捉，以此提高工作效率，减轻工作人员工作强度。4　结语

本文通过分析介绍了智能开关柜特点及功能，并对智能开关柜在变电站工程设计中的应用进行了详细讨论，基本阐明了智能开关柜的优势作用及加大研究力度的重要性。虽然目前我国的智能开关柜发展水平取得了长足进步，但依然存在一些问题，需要电力系统齐心协力，立足发展，真正提高智能开关柜在变电站工程设计中的应用水平，推动我国电力系统发展。

字化用户，2018，（22）：56.

[3]刘靖宇.智能化开关柜的基本组成与基本功能探讨[J].山西建

筑，2018，（22）：120-121.

Application of Intelligent Switchgear in Substation Engineering Design

SU Yun

(Fujian Quanzhou Yixing Electric Power Co., Ltd., Quanzhou 362000)

Abstract: Smart grid is the main direction and development trend of future grid system construction, and it is the concrete manifestation of scientific research results in the transformation of grid system results. Among them, the intelligent switchgear is an extremely important component, which is an important guarantee for ensuring the good operation of the smart grid. It is also a combination of traditional switchgear and computer processing technology, electronic sensor technology and other advanced science and technology. It is the focus of future grid system construction and application. . Starting from the introduction of the characteristics and functions of intelligent switchgear, the application of intelligent switchgear in substation engineering design is analyzed, and it is hoped to provide ideas for the construction of smart grid in China.

Key words: intelligent switchgear, substation enginee- ring,design application

（上接第85页）为国内城市轨道交通规划设计阶段节能措施提供参考。

参考文献

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州.华南理工大学，2014.

Research on Systematic Energy Saving of Traction Energy Consumption in Urban Rail Transit

ZHANG Kun

(Guangzhou Metro Group Co., Ltd., Guangzhou 511430)

Absrtact: The urban rail transit system consumes a large amount of electricity, especially traction power accounts for more than 50% of the electricity consumption of urban rail transit. Taking the energy consumption of the traction system of Guangzhou

Key words