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深圳地铁 2 号线制动电阻设置浅析


www.ohmcn.com 2010年8月24日

    

摘 要:结合深圳地铁 2 号线工程实践,从车辆、环控、变电所、土建等方面,分别对车载设置方案、地下变电所设置方案、地面变电所设置方案进行了较为详细的分析比较,得出推荐方案。为当前及今后地铁工程中制动电阻设置提供了参考和借鉴。
关键词:深圳地铁 2 号线;制动电阻;设置方案
 
 引言
      深圳地铁 2 号线分首期工程和东延线工程(建设年限相差仅半年)均为地下线,拟采用 A 型车 6辆编组、4M2T。地铁列车的每辆动车均具有独立的牵引/制动系统,根据国内外建设及运营经验,地铁再生制动产生的反馈能量一般为牵引能量的20%及以上,这些再生能量除了按一定比例被其他相邻列车吸收利用外,剩余部分将主要被车载吸收电阻以发热的方式消耗掉,其结果是加速隧道的温升。另外,车载制动电阻均分散安装在各动车底板下,功率越大占据空间越多,使得动车底板空间越拥挤,加之制动电阻发热对动车底板的不断烘烤,列车运行安全隐患越大。因此在工程建设初期,分析论证其制动电阻的设置方案显得尤为重要。
1 制动电阻设置方案
      制动电阻吸收装置的工作原理是采用多相IGBT 斩波器和吸收电阻配合的恒压吸收方式,根据再生制动时直流母线电压的变化状态调节斩波器导通比,从而改变吸收功率,将直流电压保持在某一设定范围,使制动能量消耗在吸收电阻上。
      目前,国内近几年已建、在建或新建的多数地铁线路对制动电阻的设置问题进行了大量的探索和尝试。除了常规的车载制动电阻方式外,国内部分线路采用将制动电阻从动车上拿下来,直接挂接在牵引变电所直流母线上。综合考虑制动电阻的散热通风,又分为地面设置和地下设置 2 种。
1.1 常规车载制动电阻方式(方案 1)
      常规车载制动电阻采用“制动电阻+制动斩波器”的方式,且均分散安装在各动车内。当采用再生制动时,转化的电能若未被其他运行列车吸收,则导致牵引网电压升高,当网压升至上限时,牵引系统启动制动斩波器,将过量电能消耗在车载制动电阻上。国内大部分地铁线路采用该方式。
1.2 制动电阻设置于地下牵引变电所内(方案 2)
      该方案是把制动电阻柜和制动控制柜均放在地下牵引变电所的设备房间内,但制动电阻柜要求必须单独设置一个房间,制动控制柜可单独设置也可与牵引所内其他开关柜合用一个房间,如重庆轻轨较新线、天津地铁 1 号线(在建)。
1.3 制动电阻设置于地面通风处(方案 3)
      该方案是把制动电阻柜放在地面通风处,而把制动控制柜放在牵引变电所设备房内,如广州地铁4 号线(已投运)、广州地铁 5 号线(在建)。而就深圳地铁 2 号线工程而言,上述方案中哪种更为合理可行,现综合分析比较如下。
2 制动电阻设置方案的分析比较
2.1 技术分析
      与常规的车载制动电阻吸收方式相比,各方案技术比较详见表 1。

      显然,方案 2 是将制动电阻集中安装在牵引变电所,可以有效地减缓隧道周围的土壤温升速度,彻底解决动车底板火灾隐患。但该方案需要在每个牵引所单独设置制动电阻室、需要额外增设制动电阻的通风散热环控设备及用房。对于穿梭于市区地下的深圳地铁 2 号线而言是极为不利的。
      方案 3 是把制动电阻安装在地面建筑内、利用自然通风散热,可以有效缓减隧道温升问题,也能彻底解决动车底板火灾隐患,且无需额外设置用于制动电阻通风、散热的环控设备,大大降低了环控设备的直接投资,间接节省了相应环控设备用房的土建投资。但该方案的关键是要根据现场踏勘情况以及与市政相关主管部门多方沟通,逐项落实设置牵引变电所的车站在地面上是否具备设置制动电阻设施的.建筑用地,是否影响城市景观和周边环境等。从目前与规划部门的调查与协调情况看,首期工程大部分车站很难找到合适的地块来放置制动电阻柜,东延线工程完全穿越深圳市繁华区段,更难找到合适的地块来放置制动电阻柜。
      方案 1 是目前国内绝大多数地铁线路采用的方式,运营经验丰富,而且采用 A 型车后,动车底板空间比 B 型车及跨座式独轨车辆(重庆轻轨采用的)相对宽敞,虽然同样存在火灾隐患,但只要加强运营管理,加强定期不定期检修,完全可以有效消除火灾隐患。同时,采用 A 型车可以和建成的 1 号线实现很好的资源共享(包括车辆共享和车辆段共享)。至于车载制动电阻的散热问题,主要通过活塞排风散热。而且深圳地铁 2 号线采用屏蔽门系统后,将隧道与车站(乘客候车区)进行了隔离,车载制动电阻产生的热量基本上不会影响车站环境的舒适度。
2.2 投资分析
      (1)车辆。车载制动电阻包括 2 部分,即制动电阻和制动斩波器,安装于每辆动车上。每套装置的价格合计约为 13 万人民币。
      深圳地铁 2 号线全线采用 A 型车,初近远期车辆编组均采用 4M2T、6 辆编组。初期配车 22 组,其中动车 88 辆,则初期车载制动电阻吸收装置需要 1 144 万元。近期配车 32 组,其中动车 128 辆,则近期车载制动电阻吸收装置需要 1 664 万元。远期配车 63 组,其中动车 252 辆,则远期车载制动电阻吸收装置需要 3 276 万元。
      (2)牵引变电所投资分析。深圳地铁 2 号线工程共设牵引所 12 座,如果采用地面吸收方式,每座牵引所集中设置一套电阻型再生制动能量吸收装置,平均按 160 万元/套计算,则需要增加投资 1 920 万元。
      (3)环控系统投资分析。对环控系统而言,将制动电阻设置于车站牵引变电所内与车载制动电阻方式相比,每个设置牵引变电所的车站需要额外增加约 130 万元的环控设备投资,如深圳地铁 2号线工程将增加 1 560 万元的设备投资。但由于深圳地铁 2 号线采用的是隧道风机兼轨道排风机,而不是单独设轨道排风机的形式,隧道风机的大小主要考虑火灾排烟量和阻塞通风量,与制动电阻设置位置无关。因此在制动电阻设置于地面情况下,环控设备费与车载制动电阻方式相近。
      与车载制动电阻吸收方式相比,各方案投资比较情况见表 2。

      显然,与方案 1 相比,方案 2 无论是初期、还是近远期,都将增大工程总投资。方案 3 在初近期对工程总投资影响不大,但从远期考虑可以节省部分总投资。
      综上所述,建议深圳地铁 2 号线工程采用方案一更为经济合理(即车载制动电阻吸收方式的设置方案),列车再生制动时,由其他运行列车吸收其再生电能,未吸收完的部分由车载制动电阻吸收。
3 结束语
      具体到一条线路的制动电阻的设置,不仅要看该线路采用什么车型,还应从整个路网的角度,结合沿线的城市景观及建筑用地综合考虑。从控制隧道温升、改善动车底板空间布局来讲,如能解决制动电阻地面设置建筑用地问题,则采用制动电阻地面设置(即方案 3)是最理想的解决方案之一。

参考文献:
 地铁设计规范(GB 50157-2003)

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