基于地铁制动电阻地面化方案的研究

方 刚

（中铁第四勘察设计院集团有限公司电化处供变电所，武汉 430063）

基于地铁制动电阻地面化方案的研究

方 刚

（中铁第四勘察设计院集团有限公司电化处供变电所，武汉 430063）

文中阐述地铁车辆能耗制动的基本方案及原理，结合变频器制动电阻的计算原理对地铁制动电阻地面化方案中电阻的阻值进行修正，最后提出了制动电阻功率计算的新思路。

地铁；制动电阻；方案

1 引言

地铁以其快捷、准时、舒适、运输能力强等特点越来越被人们认同，发展地铁已成为我国城市实现交通现代化的首选。为了满足地铁车辆安全性的要求，主要采用机械制动与电气制动相结合的方式。电气制动主要包括两种：能耗制动和再生制动。基本原理都是频率下降过程中，电动机将处于发电机状态，使电动机的转速迅速随频率的下降而下降。能耗制动通过控制制动电阻把直流母线升高的电压以热能的方式消耗掉。为了系统平稳降速，选择合适的制动电阻和制动单元。目前关于制动电阻参数的计算方法有很多种，常用的方法就是估算法。从工程的角度看，要精确计算制动电阻的阻值和功率在应用过程中是比较困难的，主要原因是部分参数无法精确测量[1]。

2 制动电阻研究现状

目前，由于再生制动能量吸收装置技术的限制，在国内广泛采用能耗制动方式。能耗制动主要分车载制动电阻方式和制动电阻地面化方式。为了减小车体重量，降低地下隧道温升，以及为今后再生制动能量吸收装置预留安装位置等原因，载制动电阻方式逐渐被制动电阻地面化方式所取代，地铁牵引降压车站制动电阻室平面布置如图1所示。

图1 车站电阻室平面布置示意图

采用地面型制动电阻，为保证列车行车制动安全，每个牵引变电所均考虑设置一套制动电阻，并配套安装制动控制系统。制动电阻可安装在地下牵引变电所内，也可单独安装在地上，通过检测直流母线电压调节斩波器导通比而改变制动电阻消耗功率。由于在一个牵引变电所供电范围内有数列列车运行，需要消耗的制动能量大大增加，因此制动电阻体积和容量庞大；同时，由于产生的大量热量集中排放，必须有制动电阻专门的散热环控设备。合理安排列车发车间隔时间，使车辆制动时相邻车辆运行于同一牵引变电所供电范围内且处于牵引工况，可最大限度利用再生制动能量，减少制动电阻上的电能消耗，从而可选择功率、体积更小的制动电阻，以降低制动电阻采购和使用成本[2]。

实际电阻的阻值选择范围为[1]

式中，UD为制动电压阀值；IMN为电机的额定电流值；RB为制动电阻阻值。

式中， 为制动电阻的降额系数；R实际选用的电阻阻值；PB为制动电阻的功率；nED为刹车使用率。

3 制动电阻阻值

选取某城市地铁线路中的4个车站A、B、C、D，其中车站A、D为牵引降压车站，车站B、C为降压车站，则车站A、D构成了一个供电区间，截取上行线为例，如图2所示。根据地铁车辆的运行特性，列车制动都出现在列车将要进入车站的时间段，因此在该时间段中列车将产生大量的再生能量，假设情况最恶劣的时刻，如图2中，列车1号、2号、3号同时开始制动分别进入车站 A、B、C，而制动电阻装置设置在牵引降压车站即车站A、车站D，因此该供电区间产生的能量主要只能靠设置在A、D中的电阻来吸收转化为热量。因此，电阻阻值应该根据牵引降压车站之间车站的数量将计算结果进行修正，对全线的牵引降压车站进行差别化考虑。

如图3所示，在牵引降压车站B产生的再生制动能量为PX，该能量为该牵引降压车站两侧3辆列车同时制动产生，由于电动机额定电流IMN为定值，则电阻即

4 制动电阻功率

制动电阻的功率如果按照式（2）计算无法准确获取nED。因此，可以根据某一牵引变电所在极限情况下，牵引功率运行曲线来计算车辆在某一周期内产生的再生能量，如图4所示，中图对一个牵引降压变电所在极端运行方式下，600S牵引功率运行曲线，电压阀值

图3 某牵引降压车站列车运行示意图

根据图4所示，我们可以粗略统计车辆牵引功率运行周期，如表1所示。同时选取第三个周期为研究对象，在 S1、S2区域范围内瞬时功率的统计数值如表2、表3所示。根据积分基本原理，对面积 S1，S2区域内再生能量求和，从而计算制动电阻功率为132kW。

图4 某牵引降压变电所牵引功率运行曲线

表1 周期时间统计

5 结论

根据地铁牵引降压变电所设置的特点，差别化计算制动电阻的电阻值，利用牵引降压变电所牵引功率运行曲线求取制动电阻的功率为今后实际工程中对制动电阻地面化方案设计提供了重要依据。

表2 S1区间的瞬时功率数值

表3 S2区间的瞬时功率数值

[1] 刘元刚.台达变频器制动电阻设计[J].电机与控制应用.2007,34(7).

[2] 李友瑜,杨守焕,阳吉初,刘能文.地铁列车制动电阻的种类及优化设计[J].城市轨道交通研究,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 刚（1985-），男，浙江衢州人，助理工程师，研究方向：城市轨道交通变电设计。