基于地鐵制動電阻地面化方案的研究

方 剛

（中鐵第四勘察設計院集團有限公司電化處供變電所，武漢 430063）

基于地鐵制動電阻地面化方案的研究

方 剛

（中鐵第四勘察設計院集團有限公司電化處供變電所，武漢 430063）

文中闡述地鐵車輛能耗制動的基本方案及原理，結合變頻器制動電阻的計算原理對地鐵制動電阻地面化方案中電阻的阻值進行修正，最后提出了制動電阻功率計算的新思路。

地鐵；制動電阻；方案

1 引言

地鐵以其快捷、準時、舒適、運輸能力強等特點越來越被人們認同，發展地鐵已成為我國城市實現交通現代化的首選。為了滿足地鐵車輛安全性的要求，主要采用機械制動與電氣制動相結合的方式。電氣制動主要包括兩種：能耗制動和再生制動。基本原理都是頻率下降過程中，電動機將處于發電機狀態，使電動機的轉速迅速隨頻率的下降而下降。能耗制動通過控制制動電阻把直流母線升高的電壓以熱能的方式消耗掉。為了系統平穩降速，選擇合適的制動電阻和制動單元。目前關于制動電阻參數的計算方法有很多種，常用的方法就是估算法。從工程的角度看，要精確計算制動電阻的阻值和功率在應用過程中是比較困難的，主要原因是部分參數無法精確測量[1]。

2 制動電阻研究現狀

目前，由于再生制動能量吸收裝置技術的限制，在國內廣泛采用能耗制動方式。能耗制動主要分車載制動電阻方式和制動電阻地面化方式。為了減小車體重量，降低地下隧道溫升，以及為今后再生制動能量吸收裝置預留安裝位置等原因，載制動電阻方式逐漸被制動電阻地面化方式所取代，地鐵牽引降壓車站制動電阻室平面布置如圖1所示。

圖1 車站電阻室平面布置示意圖

采用地面型制動電阻，為保證列車行車制動安全，每個牽引變電所均考慮設置一套制動電阻，并配套安裝制動控制系統。制動電阻可安裝在地下牽引變電所內，也可單獨安裝在地上，通過檢測直流母線電壓調節斬波器導通比而改變制動電阻消耗功率。由于在一個牽引變電所供電范圍內有數列列車運行，需要消耗的制動能量大大增加，因此制動電阻體積和容量龐大；同時，由于產生的大量熱量集中排放，必須有制動電阻專門的散熱環控設備。合理安排列車發車間隔時間，使車輛制動時相鄰車輛運行于同一牽引變電所供電范圍內且處于牽引工況，可最大限度利用再生制動能量，減少制動電阻上的電能消耗，從而可選擇功率、體積更小的制動電阻，以降低制動電阻采購和使用成本[2]。

實際電阻的阻值選擇范圍為[1]

式中，UD為制動電壓閥值；IMN為電機的額定電流值；RB為制動電阻阻值。

式中， 為制動電阻的降額系數；R實際選用的電阻阻值；PB為制動電阻的功率；nED為剎車使用率。

3 制動電阻阻值

選取某城市地鐵線路中的4個車站A、B、C、D，其中車站A、D為牽引降壓車站，車站B、C為降壓車站，則車站A、D構成了一個供電區間，截取上行線為例，如圖2所示。根據地鐵車輛的運行特性，列車制動都出現在列車將要進入車站的時間段，因此在該時間段中列車將產生大量的再生能量，假設情況最惡劣的時刻，如圖2中，列車1號、2號、3號同時開始制動分別進入車站 A、B、C，而制動電阻裝置設置在牽引降壓車站即車站A、車站D，因此該供電區間產生的能量主要只能靠設置在A、D中的電阻來吸收轉化為熱量。因此，電阻阻值應該根據牽引降壓車站之間車站的數量將計算結果進行修正，對全線的牽引降壓車站進行差別化考慮。

如圖3所示，在牽引降壓車站B產生的再生制動能量為PX，該能量為該牽引降壓車站兩側3輛列車同時制動產生，由于電動機額定電流IMN為定值，則電阻即

4 制動電阻功率

制動電阻的功率如果按照式（2）計算無法準確獲取nED。因此，可以根據某一牽引變電所在極限情況下，牽引功率運行曲線來計算車輛在某一周期內產生的再生能量，如圖4所示，中圖對一個牽引降壓變電所在極端運行方式下，600S牽引功率運行曲線，電壓閥值

圖3 某牽引降壓車站列車運行示意圖

根據圖4所示，我們可以粗略統計車輛牽引功率運行周期，如表1所示。同時選取第三個周期為研究對象，在 S1、S2區域范圍內瞬時功率的統計數值如表2、表3所示。根據積分基本原理，對面積 S1，S2區域內再生能量求和，從而計算制動電阻功率為132kW。

圖4 某牽引降壓變電所牽引功率運行曲線

表1 周期時間統計

5 結論

根據地鐵牽引降壓變電所設置的特點，差別化計算制動電阻的電阻值，利用牽引降壓變電所牽引功率運行曲線求取制動電阻的功率為今后實際工程中對制動電阻地面化方案設計提供了重要依據。

表2 S1區間的瞬時功率數值

表3 S2區間的瞬時功率數值

[1] 劉元剛.臺達變頻器制動電阻設計[J].電機與控制應用.2007,34(7).

[2] 李友瑜,楊守煥,陽吉初,劉能文.地鐵列車制動電阻的種類及優化設計[J].城市軌道交通研究,2010(5).

Research Based on the Ground of the Braking Resistor Program on Subway

Fang Gang
（Fourth Survey and Design Institute of China Railway Group Ltd.,Wuhan 430063）

The scheme and principles of analysis of train braking in subway was described on the paper. The braking resistor value was modified of the program on ground by the principle of inverter braking resistor. The new ideas of calculation about the braking resistor power proposed.

subway；braking resistor；program

方 剛（1985-），男，浙江衢州人，助理工程師，研究方向：城市軌道交通變電設計。