贺睿，卢海明，刘振锋
(广州地铁集团有限公司 ，广东 广州 510000)
摘要：本文对广州地铁九号线能馈装置的应用情况进行介绍，并以九号线能馈装置实际运行数据为例，对其节能效果和经济效益进行了分析，为进一步工程应用推广提供参考。
关键字：能馈装置；城市轨道交通；再生制动；节能
1 引言
地铁列车的制动方式主要以电制动为主，机械制动为辅，当列车靠站进行制动时，牵引电机从电动机状态变成发电机状态，将列车动能转化成电能反馈到牵引电网中，该部分电能称为再生制动电能。城市轨道交通作为一种大容量、高效率的城市客运系统，具有站间距短、运行速度快等特点，频繁地制动可产生相当可观的再生制动电能【1】。
对于回馈到牵引网的再生制动电能一般有两种处理方式：第一种方式，对于相邻列车具有吸收条件时（牵引模式下），首先被线路上其它列车吸收利用，但当列车运行密度较低或相邻列车同时制动时，回馈的电能被吸收利用的几率会大大减小，这部分未被利用的电能累积在牵引网使网压被动升高，严重时可能超过极限许可电压，影响地铁正常运行；第二种方式，当再生电能不能完全被吸收时，通过列车上或变电所内设置的制动电阻，将再生电能转化为热能并散发出去。根据已有地铁线路运行能耗的实测数据，得到列车制动电阻能耗占牵引能耗的比例约为30%~50%【2/3】。可见列车产生的再生制动能量是相当可观的，若只是通过电阻消耗，不仅会造成温度升高，还会造成能量浪费。
因此，通过挖掘能馈装置节能潜力，提高再生制动能量回收利用率有着极大的节能意义，本文以广州地铁九号线再生能量回馈装置为研究媒介，以能馈装置启动门槛电压值为切入点，收集能馈装置回馈电量和列车能耗数据等电气量，运用数值分析计算等方法，综合研究、评价、验证能馈装置节能效果和经济效益。
2 能馈装置节能效果分析
广州地铁九号线一期工程飞鹅岭站首、尾班车开车时间分别为6:00和22:30，高增站首、尾班车开车时间分别为6:06和23:15，其中工作日执行时刻表峰期分高、中、低三个级别，每个级别上线列车数分别为8/7/6辆；周六日使用时刻表峰期分两个级别，上线列车分别为8辆和6辆，日均输送乘客约10万人。
根据研究内容，本文测试4种不同门槛电压值下（1770V、1750V、1720V、全退）能馈装置吸收利用率及列车制动电阻能耗，收集记录相关数据，每种工况以4天作为一个周期进行统计分析，测试安排如表1所示。
表1 不同工况实施计划时间表
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由表2测试数据可得，全线牵引用电量与能馈装置启动电压门槛值无直接关联，由于牵引用电量包括列车辅助能耗，该能耗与列车通风空调负荷有关，受环境温度影响较大。而随着启动电压门槛值逐步降低，能馈装置回馈电量和回馈动作次数明显增多，与预想结论基本一致。由于能馈装置的投用，在列车制动电阻启动前，提前介入吸收再生电能，可能导致部分本应被邻车吸收的电能直接通过能馈装置回到33kV母排，因此能馈装置回馈电量无法完全反应真实节能情况。
能馈装置的投用最主要作用是将本应通过列车制动电阻消耗的再生电能回馈到33kV环网系统中，实现列车再生电能的二次利用，因此本文以列车制动电阻能耗的变化作为能馈装置节能效果的衡量标准。以能馈装置退出运行为基准，对比四套装置退出运行工况，如表3所示。启动电压门槛值1770V、1750V、1720V日均节约总电量分别为1088.5kWh、1645.5kWh、2883kWh，投入能馈装置节能效果显著，而且不同的启动电压门槛值对节能效果有较大的影响。
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4 能馈装置经济效益分析
以上述4种工况测试数据作为参考，广州地铁九号线四套能馈装置均正常投入，不考虑能馈装置故障和维护成本的条件下，启动电压门槛值1770V、1750V、1720V年度节约总电量分别约为39万kW.h（日均节约电量1088.5kW.h）、60万kW.h（日均节约电量1645.5kW.h）、100万kW.h（日均节约电量2883kW.h），四套能馈装置一年运行总能耗约为27万kW.h（日均总能耗约为715.2kW.h），减去能馈装置能耗后实际节约电量分别为12万kW.h、33万kW.h和73万kW.h，按电度电费单价约0.6元计算，则九号线四套能馈装置每年产生的直接经济效益分别为7.2万、13.2万、43万元。
综上所述，投入再生能馈装置节能效果显著，而且不同的启动电压门槛值对节能效果有较大的影响。但启动电压门槛值降低同时导致IGBT动作次数增多，在选择启动电压门槛值时应综合考虑回馈效果及设备使用寿命，以达到最佳节能效果。
5 结语
绿色节能是当今工业发展的重要主题，能馈装置在城市轨道交通中的使用，可将列车频繁制动所产生的大量再生电能进行高效循环利用，避免通过制动电阻消耗造成能源浪费，符合国家节能减排的大政方针。本文以广州地铁九号线再生能量回馈能馈为研究媒介，通过实际运营线路的实测数据证明所选能馈装置的可行性和经济性，并对其附加经济效益也进行了详细分析，为进一步工程应用推广提供参考。
参考文献
[1] 郑陶，地铁再生制动能量分析与综合节能研究，西南交通大学，2017.
[2] 姜君，城市轨道交通列车再生制动能量利用系统方案对比分析[J]，现代城市轨道交通，2017.
[3] 许玲俐，刘炜，廖钧，城市轨道交通列车牵引和制动能耗实测分析[J]，铁道科学与工程学报，2016.