摘 要：結合深圳地鐵 2 號線工程實踐，從車輛、環(huán)控、變電所、土建等方面，分別對車載設置方案、地下變電所設置方案、地面變電所設置方案進行了較為詳細的分析比較，得出推薦方案。為當前及今后地鐵工程中制動電阻設置提供了參考和借鑒。
關鍵詞：深圳地鐵 2 號線；制動電阻；設置方案
引言
深圳地鐵 2 號線分首期工程和東延線工程（建設年限相差僅半年）均為地下線，擬采用 A 型車 6輛編組、4M2T。地鐵列車的每輛動車均具有獨立的牽引/制動系統，根據國內外建設及運營經驗，地鐵再生制動產生的反饋能量一般為牽引能量的20%及以上，這些再生能量除了按一定比例被其他相鄰列車吸收利用外，剩余部分將主要被車載吸收電阻以發(fā)熱的方式消耗掉，其結果是加速隧道的溫升。另外，車載制動電阻均分散安裝在各動車底板下，功率越大占據空間越多，使得動車底板空間越擁擠，加之制動電阻發(fā)熱對動車底板的不斷烘烤，列車運行安全隱患越大。因此在工程建設初期，分析論證其制動電阻的設置方案顯得尤為重要。
1 制動電阻設置方案
制動電阻吸收裝置的工作原理是采用多相IGBT 斬波器和吸收電阻配合的恒壓吸收方式，根據再生制動時直流母線電壓的變化狀態(tài)調節(jié)斬波器導通比，從而改變吸收功率，將直流電壓保持在某一設定范圍，使制動能量消耗在吸收電阻上。
目前，國內近幾年已建、在建或新建的多數地鐵線路對制動電阻的設置問題進行了大量的探索和嘗試。除了常規(guī)的車載制動電阻方式外，國內部分線路采用將制動電阻從動車上拿下來，直接掛接在牽引變電所直流母線上。綜合考慮制動電阻的散熱通風，又分為地面設置和地下設置 2 種。
1.1 常規(guī)車載制動電阻方式（方案 1）
常規(guī)車載制動電阻采用“制動電阻+制動斬波器”的方式，且均分散安裝在各動車內。當采用再生制動時，轉化的電能若未被其他運行列車吸收，則導致牽引網電壓升高，當網壓升至上限時，牽引系統啟動制動斬波器，將過量電能消耗在車載制動電阻上。國內大部分地鐵線路采用該方式。
1.2 制動電阻設置于地下牽引變電所內（方案 2）
該方案是把制動電阻柜和制動控制柜均放在地下牽引變電所的設備房間內，但制動電阻柜要求必須單獨設置一個房間，制動控制柜可單獨設置也可與牽引所內其他開關柜合用一個房間，如重慶輕軌較新線、天津地鐵 1 號線（在建）。
1.3 制動電阻設置于地面通風處（方案 3）
該方案是把制動電阻柜放在地面通風處，而把制動控制柜放在牽引變電所設備房內，如廣州地鐵4 號線（已投運）、廣州地鐵 5 號線（在建）。而就深圳地鐵 2 號線工程而言，上述方案中哪種更為合理可行，現綜合分析比較如下。
2 制動電阻設置方案的分析比較
2.1 技術分析
與常規(guī)的車載制動電阻吸收方式相比，各方案技術比較詳見表 1。
顯然，方案 2 是將制動電阻集中安裝在牽引變電所，可以有效地減緩隧道周圍的土壤溫升速度，徹底解決動車底板火災隱患。但該方案需要在每個牽引所單獨設置制動電阻室、需要額外增設制動電阻的通風散熱環(huán)控設備及用房。對于穿梭于市區(qū)地下的深圳地鐵 2 號線而言是極為不利的。
方案 3 是把制動電阻安裝在地面建筑內、利用自然通風散熱，可以有效緩減隧道溫升問題，也能徹底解決動車底板火災隱患，且無需額外設置用于制動電阻通風、散熱的環(huán)控設備，大大降低了環(huán)控設備的直接投資，間接節(jié)省了相應環(huán)控設備用房的土建投資。但該方案的關鍵是要根據現場踏勘情況以及與市政相關主管部門多方溝通，逐項落實設置牽引變電所的車站在地面上是否具備設置制動電阻設施的.建筑用地，是否影響城市景觀和周邊環(huán)境等。從目前與規(guī)劃部門的調查與協調情況看，首期工程大部分車站很難找到合適的地塊來放置制動電阻柜，東延線工程完全穿越深圳市繁華區(qū)段，更難找到合適的地塊來放置制動電阻柜。
方案 1 是目前國內絕大多數地鐵線路采用的方式，運營經驗豐富，而且采用 A 型車后，動車底板空間比 B 型車及跨座式獨軌車輛（重慶輕軌采用的）相對寬敞，雖然同樣存在火災隱患，但只要加強運營管理，加強定期不定期檢修，完全可以有效消除火災隱患。同時，采用 A 型車可以和建成的 1 號線實現很好的資源共享（包括車輛共享和車輛段共享）。至于車載制動電阻的散熱問題，主要通過活塞排風散熱。而且深圳地鐵 2 號線采用屏蔽門系統后，將隧道與車站（乘客候車區(qū)）進行了隔離，車載制動電阻產生的熱量基本上不會影響車站環(huán)境的舒適度。
2.2 投資分析
（1）車輛。車載制動電阻包括 2 部分，即制動電阻和制動斬波器，安裝于每輛動車上。每套裝置的價格合計約為 13 萬人民幣。
深圳地鐵 2 號線全線采用 A 型車，初近遠期車輛編組均采用 4M2T、6 輛編組。初期配車 22 組，其中動車 88 輛，則初期車載制動電阻吸收裝置需要 1 144 萬元。近期配車 32 組，其中動車 128 輛，則近期車載制動電阻吸收裝置需要 1 664 萬元。遠期配車 63 組，其中動車 252 輛，則遠期車載制動電阻吸收裝置需要 3 276 萬元。
（2）牽引變電所投資分析。深圳地鐵 2 號線工程共設牽引所 12 座，如果采用地面吸收方式，每座牽引所集中設置一套電阻型再生制動能量吸收裝置，平均按 160 萬元/套計算，則需要增加投資 1 920 萬元。
（3）環(huán)控系統投資分析。對環(huán)控系統而言，將制動電阻設置于車站牽引變電所內與車載制動電阻方式相比，每個設置牽引變電所的車站需要額外增加約 130 萬元的環(huán)控設備投資，如深圳地鐵 2號線工程將增加 1 560 萬元的設備投資。但由于深圳地鐵 2 號線采用的是隧道風機兼軌道排風機，而不是單獨設軌道排風機的形式，隧道風機的大小主要考慮火災排煙量和阻塞通風量，與制動電阻設置位置無關。因此在制動電阻設置于地面情況下，環(huán)控設備費與車載制動電阻方式相近。
與車載制動電阻吸收方式相比，各方案投資比較情況見表 2。
顯然，與方案 1 相比，方案 2 無論是初期、還是近遠期，都將增大工程總投資。方案 3 在初近期對工程總投資影響不大，但從遠期考慮可以節(jié)省部分總投資。
綜上所述，建議深圳地鐵 2 號線工程采用方案一更為經濟合理（即車載制動電阻吸收方式的設置方案），列車再生制動時，由其他運行列車吸收其再生電能，未吸收完的部分由車載制動電阻吸收。
3 結束語
具體到一條線路的制動電阻的設置，不僅要看該線路采用什么車型，還應從整個路網的角度，結合沿線的城市景觀及建筑用地綜合考慮。從控制隧道溫升、改善動車底板空間布局來講，如能解決制動電阻地面設置建筑用地問題，則采用制動電阻地面設置（即方案 3）是最理想的解決方案之一。
參考文獻：
地鐵設計規(guī)范(GB 50157-2003)
