现代有轨电车重联模式下的能耗分析

王平 王莹

摘要：西郊线是国内首条运用重联方式载客的线路，重联通过网关进行车辆与列车间的数据交换，满足季节性大客流的运营需求。现以现代有轨电车重联运行模式为研究对象，突出技术特点和优势，通过采集数据，分析重联车辆能耗。

关键词：现代有轨电车;重联运行;网关;能耗

0    引言

西郊线贯穿“三山五园”，节假日客流剧增，单列车载客无法满足集中时段的大客流需要。因此，在车辆具备重联功能的前提下，采用灵活编组的重联运行模式，提高车辆的载客能力。鉴于此，掌握重联后的列车运行消耗电能情况，可为后续运营提供依据，积累经验。

1    国内有轨电车重联运用及发展

目前，动车组重联运行是国内普遍认同的方式[1]，西郊线运用重联运营填补了现代有轨电车在这一领域的空白。将同型号的有轨电车通过机械及电气方式组合在一起，由原一列车5节车厢变为一组车10节车厢，即重联。该方式能够增加运能，提高乘车效率，降低运营成本。

有轨电车因速度高、灵活编组、外观新颖受到广泛关注。我国有轨电车（含轻轨）系统里程为332.49 km，在建里程达585.14 km，规划里程超过10 000 km，在一线和三四线城市都在迅速发展[2-3]。有轨电车本身载客能力有限，应对大客流变化提升运力是车辆需要面对的一个重要考验。参考高铁的重联运行方式，融入重联理念，设计重联功能，这是有轨电车运营的一种发展趋势。在保证安全的前提下，应逐渐规范有轨电车重联功能的使用，重联的基本操作、故障排查、救援流程等，进一步制定详细的规定，将重联运行进一步规范化。

2    有轨电车重联概述

重联示意图如图1所示，即两个相同型号的有轨电车通过折叠车钩将两个车头部分固定，通过车辆两端的预留接口与可拆装的插头将电气控制线路联通。网络是重联车重要的组成部分，重联车配置GTW作为车辆总线MVB与列车总线WTB通信的接口设备，一组车通过两台GTW来实现列车的网络架构，每台GTW由主、从两个模块单元组成，互为冗余，两个模块始终有一个处于激活有效状态，实现全组车和车辆之间的双向数据通信，执行相关控制及列车状态反馈功能[4]。

2.1    重联技术特点

（1）有轨电车在功能设计时应具备重联编组功能;

（2）两列车的网络传输物理介质必须相同，即WTB列车总线;

（3）两列车的通信方式必须相同，即列车网络通信节点具有统一的通信定义模式[5];

（4）重联有轨电车各控制子系统所用的软件和版本必须一致;

（5）具有相同的电路，这样才能达到同步运行、减少内耗的目的。

2.2    重联运行优势

（1）重联车运行，输送乘客的能力扩大一倍;

（2）保证车厢一定满载率的情况下，缩短了乘客的候车时间，减小了站台组织的安全风险;

（3）重联车与相同數量单车相比，在满足运营的前提下，中间连接的司机室不使用，减少了司机数量，节约了运营人力成本;

（4）重联后每运行一圈比同数量单车运营距离减少一列车长度，车辆行驶距离缩短。

3    车辆能耗分析

车辆通过受电弓受流后经开关转换箱，分别为空调系统、辅助系统、牵引系统供电，重联后的两列车高压DC750 V彼此不相连，分别通过本车受电弓受流，供本车负载工作。主电路图如图2所示。

现代有轨电车与地铁模式不同，空调系统、辅助系统、牵引系统分别通过受电弓单独供电。空调系统与乘车环境息息相关，夏季制冷，冬季供暖，平日通风。辅助系统为将DC750 V转换成AC380 V和DC24 V为车辆负载及蓄电池提供电源。牵引系统为三相异步电机供电，提供车辆牵引动力，司控器发出的指令通过网络传输至各车辆牵引控制单元，控制电机工作。

3.1    功能分析

车辆重联后主从两列车应同时具备蓄电池控制、受电弓升/降控制、司机室激活控制、安全制动控制、紧急牵引模式、牵引控制、制动控制、广播控制、重联网关通信等控制功能，以满足车辆运营需求。

一组重联车与两列单车运行相比，增加了重联网关设备，但在同样驾驶条件下，重联车比两列单车减少了一个司机室的使用，因此节省了设备的电能消耗。现将重联后增加及减少的设备功率进行对比，如表1所示。

通过表1可以明显看出，通风机电压为AC380 V，是司机室主要的耗电设备之一;另外在不同运行条件下，不使用电热玻璃、电笛、电暖气、司机室照明、刮雨器、前照灯等，重联后减少的设备功率明显大于增加的设备功率。因此，在相同运行条件下，重联与两个单车相比，司机室设备使用数量减少、功率减小，有效节约了设备使用能耗。

3.2    牵引能耗分析

西郊线列车全长32.35 m，重联后的一组车与两列单车单独运行比较，上下行一圈少走32.35 m，如按照一天运行13圈，每天上线10列重联车计算，一天总计减少运行4.206 km，一个月按30天计算总计可以少走126.18 km。因此，完成运营后，理论上一组重联车应比两列单车运行牵引能耗少。

3.3    数据分析

在乘坐率基本相同的基础上实际跟踪4组重联车辆和4列单车的能耗表现，以每圈为单位进行记录，如表2、表3所示。

车辆总能耗由牵引能耗、辅助能耗、空调系统能耗三部分组成，以重联和同数量单车均开启空调通风为前提，默认该部分耗电量相同，分别跟踪统计牵引能耗和辅助能耗，在此基础上进行分析：

（1）重联后的单列车相对于正常单列车平均运行里程每圈减少约0.033 km;

（2）重联后的单列车相对于正常单列车牵引能耗每圈减少约1 kWh;

（3）重联后的单列车相对于正常单列车辅助能耗每圈减少约0.5 kWh。

因此，重联的单车与独立运行的单车相比每圈运行的里程数减少，牵引能耗相对降低;虽增加了重联网关，但因车辆设备使用减少，辅助能耗也会降低，故车辆总能耗也相对降低。

4    结语

有轨电车重联通过车辆网关、车间电缆及车钩将网络、电路、机械连接在一起，负责一组重联车的通信及控制，相对同等数量的单车单独运行能耗降低，节约了运行成本，重联为现代有轨电车运营提供了一种提效节能的新运行模式。

[参考文献]

[1] 左大杰，王慈光.客运专线动车组列车重联运行相关问题探讨[J].铁道运输与经济，2009，31（7）：32-34.

[2] 褚一铭，于棋峰，陶灵犀.墨尔本有轨电车建设运营经验与启示[J].交通与运输，2019，35（5）：1-4.

[3] 李永亮，张伟，戎亚萍.现代有轨电车发展对我国的启示[J].交通运输系统工程与信息，2013，13（5）：202-206.

[4] 马勇.高原交流传动内燃机车的分布式重联控制[J].铁道机车与动车，2019（4）：26-28.

[5] 张冲冲.重联列车的初运行特性[J].工业控制计算机，2019，32（5）：1-2.

收稿日期：2019-12-13

作者简介：王平（1988—），女，河北人，工程师，研究方向：轨道车辆。