現代有軌電車重聯模式下的能耗分析

王平 王瑩

摘要：西郊線是國內首條運用重聯方式載客的線路，重聯通過網關進行車輛與列車間的數據交換，滿足季節性大客流的運營需求。現以現代有軌電車重聯運行模式為研究對象，突出技術特點和優勢，通過采集數據，分析重聯車輛能耗。

關鍵詞：現代有軌電車;重聯運行;網關;能耗

0? ? 引言

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

1? ? 國內有軌電車重聯運用及發展

目前，動車組重聯運行是國內普遍認同的方式[1]，西郊線運用重聯運營填補了現代有軌電車在這一領域的空白。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節車廂變為一組車10節車廂，即重聯。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注。我國有軌電車（含輕軌）系統里程為332.49 km，在建里程達585.14 km，規劃里程超過10 000 km，在一線和三四線城市都在迅速發展[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。參考高鐵的重聯運行方式，融入重聯理念，設計重聯功能，這是有軌電車運營的一種發展趨勢。在保證安全的前提下，應逐漸規范有軌電車重聯功能的使用，重聯的基本操作、故障排查、救援流程等，進一步制定詳細的規定，將重聯運行進一步規范化。

2? ? 有軌電車重聯概述

重聯示意圖如圖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通。網絡是重聯車重要的組成部分，重聯車配置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來實現列車的網絡架構，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，實現全組車和車輛之間的雙向數據通信，執行相關控制及列車狀態反饋功能[4]。

2.1? ? 重聯技術特點

（1）有軌電車在功能設計時應具備重聯編組功能;

（2）兩列車的網絡傳輸物理介質必須相同，即WTB列車總線;

（3）兩列車的通信方式必須相同，即列車網絡通信節點具有統一的通信定義模式[5];

（4）重聯有軌電車各控制子系統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、減少內耗的目的。

2.2? ? 重聯運行優勢

（1）重聯車運行，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）重聯車與相同數量單車相比，在滿足運營的前提下，中間連接的司機室不使用，減少了司機數量，節約了運營人力成本;

（4）重聯后每運行一圈比同數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開關轉換箱，分別為空調系統、輔助系統、牽引系統供電，重聯后的兩列車高壓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。

現代有軌電車與地鐵模式不同，空調系統、輔助系統、牽引系統分別通過受電弓單獨供電。空調系統與乘車環境息息相關，夏季制冷，冬季供暖，平日通風。輔助系統為將DC750 V轉換成AC380 V和DC24 V為車輛負載及蓄電池提供電源。牽引系統為三相異步電機供電，提供車輛牽引動力，司控器發出的指令通過網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、重聯網關通信等控制功能，以滿足車輛運營需求。

一組重聯車與兩列單車運行相比，增加了重聯網關設備，但在同樣駕駛條件下，重聯車比兩列單車減少了一個司機室的使用，因此節省了設備的電能消耗。現將重聯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，重聯與兩個單車相比，司機室設備使用數量減少、功率減小，有效節約了設備使用能耗。

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，理論上一組重聯車應比兩列單車運行牽引能耗少。

3.3? ? 數據分析

在乘坐率基本相同的基礎上實際跟蹤4組重聯車輛和4列單車的能耗表現，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、空調系統能耗三部分組成，以重聯和同數量單車均開啟空調通風為前提，默認該部分耗電量相同，分別跟蹤統計牽引能耗和輔助能耗，在此基礎上進行分析：

（1）重聯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，重聯的單車與獨立運行的單車相比每圈運行的里程數減少，牽引能耗相對降低;雖增加了重聯網關，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? ? 結語

有軌電車重聯通過車輛網關、車間電纜及車鉤將網絡、電路、機械連接在一起，負責一組重聯車的通信及控制，相對同等數量的單車單獨運行能耗降低，節約了運行成本，重聯為現代有軌電車運營提供了一種提效節能的新運行模式。

[參考文獻]

[1] 左大杰，王慈光.客運專線動車組列車重聯運行相關問題探討[J].鐵道運輸與經濟，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.現代有軌電車發展對我國的啟示[J].交通運輸系統工程與信息，2013，13（5）：202-206.

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

[5] 張沖沖.重聯列車的初運行特性[J].工業控制計算機，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。