城市軌道交通停車場供電與信號出入庫能力匹配仿真研究

摘要 基于上海軌道交通的停車場“跳閘”問題，該文針對城市軌道交通的停車場供電與增能的匹配問題，建立了基于停車場出入庫的用電仿真模型，驗證供電能力與出入庫的匹配性。并以上海軌道交通1號線富錦路車場為例，證明仿真結果的意義和參考價值。

關鍵詞 軌道交通停車場；供電能力；出入庫能力；匹配性

中圖分類號 U223.2 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）04-0001-03

0 引言

近年來，為了增加運能，上海地鐵增購了多輛車，以提高車場的出入庫能力。但上海地鐵停車場多次發生牽引站直流開關跳閘事故。如2022年7月22日，富錦路停車場發生牽引站NC22直流開關跳

閘；2021年11月26日，港城路車輛段混變NC25直流開關跳閘。因此，研究城市軌道交通車場出入庫與既有供電能力的匹配性，避免類似跳閘事故[1]的發生，具有現實意義。

1 停車場用電原理研究

城市電網針對城軌線路[2]設置相應的主變電所，主變電所進線電壓等級一般為110 kV，將其降壓為35 kV電壓等級后為城軌牽引變電所及降壓所供電[3]。城軌牽引變電所中設置24脈波不控整流機組，將交流電整流為1 500 V電壓等級的直流電，為列車提供能量。

停車場用電主要包括車輛牽引系統用電、車載輔助設備用電（車載照明、通風、空調等）以及其他設備用電[4]。由于車輛的用電占絕大部分，因此，該文主要研究車輛的牽引系統用電和輔助設備用電。

車輛的牽引系統用電主要是在列車啟動牽引加速過程中，列車將電能轉化成列車加速度。如圖1所示為列車在不同速度下的電流曲線。根據列車的速度、加速度值可以推算出牽引電流的大小。

車輛輔助設備用電是指列車在非動車狀態情況下，列車打開空調和照明時所需要的電流值（也稱雙開電流）。如上海1號線的8編列車的雙開電流在280 A左右。

2 仿真算法設計

以出入庫計劃，以及當天的檢修任務等作為輸入條件[5]，當到達列車出庫時間時，更新動車列車的加速度、速度和位置值（列車歸屬于直流開關的管轄范圍），以及靜態列車的雙開電流值，從而模擬當前的供電能力能否滿足出入庫計劃的要求[6]。因此，為了模擬仿真上述計算過程，該文建立了牽引電流側的電流模型，以及出入庫計劃模型。

2.1 牽引電流側的算法設計

根據上述分析，建立停車場的直流開關計算模型，如公式（1）所示。

AF = Q -（m×S+W×X×S+n×T ） （1）

式中，AF——與整流機組的差值（A）；Q——整流機組電流值（A）；m——雙開電流列車數量；S——雙開電流值（A）；W——檢修庫股道數量；X——檢修庫列位；n——出庫列車數量；T——動車電流值（A）。

由于T需要根據列車的牽引狀態來計算實時的電流值。因此，該模型根據列車在不同的工況下，采用不同的方法來計算當前直流開關下的每列動車的用電模型，如公式（2）所示。

式中，vi——列車在i時刻的速度值（m/s）；ai——列車在i時刻的加速度值（m/s2）；U——列車工作電壓值（V）；M——列車質量（t）；n——列車數量。

因此，通過上述方法，實時計算直流開關在每個時刻的瞬時電流狀態情況。同時，與車場供電的直流開關設計值進行比較分析，識別仿真電流有沒有超過車場供電直流開關的設計值。

2.2 停車場出入庫仿真設計

為了提高仿真精度，該文設計了車場的出入庫模型。根據實際的出入庫計劃，觸發列車牽引啟動[7]等不同的工況來判斷動車的瞬時電流值。同時判斷列車進入/離開某個直流開關NCi。

因此，公式（2）中的ai計算方法如公式（3）所示。

結合公式（2）和公式（3），能夠模擬停車場的出入庫時刻表功能，以滿足車場用電精度的要求。

3 案例分析

該文以富錦路停車場作為研究對象。富錦路停車場的仿真供電參數如表1和表2所示。

根據實際運行圖，在每天的4：00～10：00為早高峰，大量的車輛出入庫，下午的4：00之后出庫車輛開始增加，在5：00后所有車輛都快出庫完畢進入正線運行，晚8：00之后開始逐漸收車入庫。該仿真系統形成的出入庫計劃如表3所示。

為了實現仿真功能，該文設計了針對富錦路車場的供電能力仿真系統。上述表中的數據作為仿真系統輸入，根據出入庫計劃，模擬富錦路車場的每個直流開關柜的電流信息情況。得到結果，如圖2所示（NC22開關仿真結果曲線）。

通過對NC22開關電流的最大值進行比對發現，多處出現電流值過大的情況，冗余量不足，存在跳閘的風險。因此，為了避免這種風險，建議采用以下的措施：

（1）優化出入庫計劃，實現列車“錯位出入庫”，避免一個NC開關內存在多輛車同時啟動的情況發生。

（2）在高峰的出入庫時間段內，減少不必要的檢修任務，保障出入庫的用電需求。

（3）在列車出入庫和檢修過程中，避免持續開啟空調作業，減少雙開電流的用電量，降低負荷。

4 結論

該文基于上海軌道交通的停車場跳閘問題，提出了車場出入庫與供電能力的匹配方法研究，并以富錦路停車場為例，定量分析了停車場出入庫與供電能力的匹配性情況，以及提出了部分措施方法，以避免以后停車場類似事故的再次發生。同時，該仿真方法可以作為分析和判斷停車場供電能力的一種手段。

參考文獻

[1]地鐵設計規范（附條文說明）：GB 50157—2013[S].北京：中國標準出版社， 2013.

[2]王粉線，汪履直.城市軌道交通車輛段出入段線的設置[J].現代城市軌道交通， 2006（2）：36-37+1.

[3]胡劍強，單輝，康崇皓，等.光伏并網下城市軌道交通供電系統動態運行仿真研究[J].城市軌道交通研究， 2023（5）：243-250.

[4]李瓊.地鐵車輛段出入段線接軌方案分析探討[J].城市建設理論研究， 2014（36）：867-868.

[5]蘇飛.城市軌道交通車輛段運營安全管理需求分析與系統開發[D].廣州：廣州大學， 2016.

[6]步文亮，王洪昆，劉光濤.車輛段調車作業全過程自動化的研究與實現[J].鐵道機車車輛， 2007（3）：44-46.

[7]周鳴語.城市軌道交通車輛段調度中心設置方案研究[J].都市快軌交通， 2013（3）： 33-36.

收稿日期：2024-09-03

作者簡介：朱文寅（1986—），男，本科，高級工程師，研究方向：城市軌道交通通信信號。