2022年第35卷第2期文章目次

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  • 1  城市轨道交通牵引供电系统接触网和回流安全综述
    杨晓峰,郑琼林
    2022, 35(2):1-9.
    [摘要](631) [HTML](0) [PDF 830.91 K](98)
    摘要:
    作为城市轨道交通的主要动力来源,直流牵引供电安全至关重要。本文围绕接触网压波动、钢轨电位和 杂散电流治理等安全供电技术开展系统综述。首先分析导致接触网压波动的主要原因,总结各类再生制动能量利 用技术的研究现状。然后讨论钢轨电位和杂散电流的产生机理,分别系统回顾钢轨电位抑制技术和杂散电流治理 技术的国内外研究进展。在此基础上,指出城市轨道交通安全供电技术亟待开展深入研究的关键问题,为安全供 电技术的研究和工程化应用提供借鉴和参考。
    2  土壤结构对城轨中杂散电流分布的影响分析
    周 奇,林 圣,邹全德,李昱达
    2022, 35(2):10-16.
    [摘要](220) [HTML](0) [PDF 768.85 K](48)
    摘要:
    杂散电流分布受列车运行工况、供电区间长度、钢轨过渡电阻和土壤结构等多因素影响。研究杂散电流 的影响因素是防治杂散电流的基础。为了研究土壤结构对城市轨道交通中杂散电流分布的影响,构建含多层土壤 结构的杂散电流仿真模型。基于该仿真模型,分析均匀土壤、分层土壤中电阻率、土壤厚度等参数对杂散电流分 布的影响。仿真结果表明,土壤结构会影响排流网、辅助排流和大地中的电流分布,而对沿线钢轨电位和总的杂 散电流分布几乎没有影响。此外,在分层土壤结构中,首层土壤厚度越小或电阻率越大,流向大地中的杂散电流 越少。
    3  城轨屏蔽门绝缘状态对回流安全参数的影响研究
    于海鹏,鲍 鸣,刘 帅,张栋梁
    2022, 35(2):17-24.
    [摘要](152) [HTML](0) [PDF 4.33 M](67)
    摘要:
    城轨直流牵引供电系统回流安全问题逐渐成为目前的重点研究之一,然而与走行轨等电位连接的屏蔽门 往往因绝缘不理想而对线路回流安全参数的分布造成影响。针对屏蔽门绝缘状态对城轨回流安全参数的影响,建 立了多列车动态潮流仿真模型,并基于无锡地铁 2 号线的数据进行了仿真分析。结果表明,屏蔽门绝缘状态薄弱 将导致线路回流安全参数明显增加,威胁周边设备及人员安全。当两处屏蔽门绝缘薄弱时,将形成杂散电流的泄 漏回路,加剧回流安全参数的异常升高,且屏蔽门绝缘阻值越低,线路钢轨电位幅值越低,但杂散电流水平越高。 此外,多个屏蔽门绝缘薄弱时,线路回流安全参数将急剧增加,对周边设备以及乘客、工作人员的安全造成严重 威胁。
    4  零阻变换器系统中晶闸管开关单元的关断策略
    陈茂鲁,杨晓峰,郑琼林,赵治钧,夏 雪,顾靖达
    2022, 35(2):25-33.
    [摘要](78) [HTML](0) [PDF 2.02 M](49)
    摘要:
    零阻变换器系统(zero-resistance converter system,ZRCS)是一种治理城市轨道交通杂散电流的电力电子方 案,开关单元作为其关键部件之一,用于将高达数千安的牵引电流由走行轨转移至回流线缆。鉴于绝缘栅双极型 晶体管 IGBT 开关单元面临的损耗与可靠性挑战,在 ZRCS 中采用了晶闸管开关单元(silicon controlled rectifier switch unit,SCR-SU),但面临着晶闸管无法自关断的问题。因此在分析 SCR-SU 关断机理的基础上,从 ZRCS 系 统角度提出了利用负阻变换器实现强制换流的 SCR-SU 关断策略。仿真和实验结果表明,采用 SCR-SU 的零阻变换 器系统能够在关断策略下实现晶闸管的关断,并能有效降低城市轨道交通系统的杂散电流,具有良好的应用前景。
    5  城市轨道交通杂散电流防护失效原因及新型防护方案研究
    张开波
    2022, 35(2):34-41.
    [摘要](127) [HTML](0) [PDF 6.24 M](74)
    摘要:
    结合城市轨道交通工程杂散电流产生的根源及传输路径,对目前常规采用的防护方法效果不佳的原因进行分析。针对杂散电流产生的源头,提出在钢轨绝缘扣件处,扩大并长期持续保证其绝缘爬距有效性;针对杂散电流的传输,提出有效阻断其非预期传输路径的新思路及方案,包括双绝缘节及定向回流方案等;对杂散电流的泄漏总量进行有效控制,实现城市轨道交通工程建设的可持续发展。
    6  基于GOOSE通信的地铁多变流器智能优化控制方法研究
    何 斌,杜贵府,郑子璇
    2022, 35(2):42-49.
    [摘要](112) [HTML](0) [PDF 1.03 M](46)
    摘要:
    当前地铁线路各牵引所变流器独立运行,无法实现实时信息交互、精准调整和协调控制。为解决这一问 题,提出基于 GOOSE 通信的地铁多变流器智能优化控制方法。基于 GOOSE 通信网络搭建多变流器分层控制结 构,以系统网损最小和钢轨电位幅值最小为目标,提出基于 NSGA-II 算法的多变流器双目标优化控制算法。搭建 地铁牵引供电系统动态潮流仿真平台进行仿真验证,结果表明:基于 GOOSE 通信的多变流器智能优化控制方法 能够实现多个变流器的动态管理和协调控制,降低线路网络损耗以及钢轨电位。与传统的无通信优化控制相比, 多变流器智能优化控制方法能够实时优化各变流器的输出特性,实现线路节能、安全运行的目标。
    7  列车运行工况对电力变压器直流偏磁影响的仿真分析
    仰 枫,李春茂,郭裕钧,曹晓斌
    2022, 35(2):50-54.
    [摘要](104) [HTML](0) [PDF 1.07 M](47)
    摘要:
    地铁中存在的杂散电流会对地表电位分布产生影响,而如果周边存在电力变压器时,变压器中流过的直 流电流会造成变压器发生直流偏磁,然而,目前关于地铁地表电位分布对周边变压器直流偏磁影响研究较少, 为此考虑了列车上下行 4 种不同运行状况,搭建地铁地表电位仿真模型,并计算相应情况下变压器励磁电流畸 变率,得出上下行列车同时出站时,对变压器直流偏磁影响最严重的结论,为预防电力变压器发生直流偏磁提 供理论依据。
    8  轨道交通隧道内牵引网感应电压研究
    周 丹,何治新,艾晓宇,李鲲鹏,曹晓斌
    2022, 35(2):55-60.
    [摘要](88) [HTML](0) [PDF 1.64 M](70)
    摘要:
    中国部分城市轨道交通采用工频单相交流制式,以提升列车的运行速度和运输能力。牵引供电系统发生故障时,有可能采用单侧停电抢修方案,如果此时接触网的感应电压过高,将对检修人员造成安全威胁。依据广州地铁 22 号线设计资料,搭建地铁隧道的仿真模型,计算得到一侧线路停电检修,另一侧线路正常运行时接触网上的感应电压,获得牵引电流、隧道之间的距离等因素对感应电压的影响规律。发现采用单端接地方式时,接触网上的感应电压将超过安全标准,可通过双端接地方式将感应电压降到安全限值以下。根据上述研究结果,交流供电制式下城轨进行单边停电作业时,检修区间的接触网必须采用双端接地方式。该结论可为地铁管理部门制定安全措施时提供参考。
    9  地铁供电系统中双向变流装置设计方案对比研究
    史 丹
    2022, 35(2):61-66.
    [摘要](182) [HTML](0) [PDF 683.86 K](66)
    摘要:
    针对地铁供电系统中 3 种双向变流装置和整流机组配置方案,对比分析设备额定功率选择原则、协同控 制策略以及主变电所注入点谐波的影响。采用 1 套整流机组和 1 套双向变流装置方案时,建议采用双向变流装置 优先工作的控制策略,以减少 12 脉波整流带来的低次谐波影响。通过分析双向变流装置和二极管整流机组的短 路阻抗,总结交流侧和直流侧的短路保护配置特点,即交流侧保护可设置带低电压闭锁的过流保护提高灵敏度, 直流侧需要针对不同工况下的短路电流值进行保护校验,考虑功率双向流动。
    10  国土空间规划新形势下的轨道交通规划变革和对策
    江 永
    2022, 35(2):67-72.
    [摘要](100) [HTML](0) [PDF 2.37 M](58)
    摘要:
    在国土空间规划新形势下,从轨道交通作为国土空间高品质发展重要支撑要素的角度,以宁波市轨道交 通线网规划为例,探讨未来轨道交通规划在规划理念、手段、范围、体系 4 个方面的变革和对策,认为在规划理 念上要遵循全面均衡发展的要求,在规划手段上要遵循“存量规划”,思维更多采用“提质增效”措施,在规划 范围上要拓展至区域以实现“多网融合”,达到“轨道上的中国”的目的,在规划体系上要建立相应工作机制以 加强规划协同,并提出了未来还需进一步加强城市与轨道交通互动关系研究、国土空间管制措施对轨道交通定量 约束研究、多部门综合交通一体化研究等建议。
    11  不同功能定位的跨座式单轨建设运营特征研究
    周 琪,毛保华,黄俊生,刘 颂
    2022, 35(2):73-78.
    [摘要](82) [HTML](0) [PDF 2.00 M](45)
    摘要:
    跨座式单轨线路给中小城市发展轨道交通提供了一种新的路径选择。通过调研跨座式单轨线路的应用概 况,得出跨座式单轨目前在全球范围内尚未得到规模性应用。根据线路的功能定位和运行地理环境特征,将目前 运营的跨座式单轨分为观光旅游类、衔接类、加密类、骨干类 4 种;从投资效率、运营模式等方面研究了不同功 能定位的跨座式单轨建设运营特征,为中国发展跨座式单轨提供经验借鉴:深化跨座式单轨系统与通道客流的适 应性研究;促进跨座式单轨线路与城市综合交通网络的融合;结合功能定位与客流特征运用运输组织模式。值得 注意的是,在国内技术尚未标准化的背景下采用跨座式单轨可能存在边际成本高的问题。
    12  都市圈跨制式轨道交通贯通融合票价体系研究
    张 森,于 敏
    2022, 35(2):79-84.
    [摘要](72) [HTML](0) [PDF 1.58 M](79)
    摘要:
    针对都市圈跨制式轨道交通付费区融合票价体系,首先对中国京津冀、长三角及成渝等都市圈,国外伦 敦、巴黎、东京等都市圈票制票价体系进行调研。在总结国内外经验的基础上,分析票价制定的目标与原则,首 次提出“分区段计程票价”的方案,针对跨制式跨区域票价计算问题,推荐同制式“不分段,不重新起步”计价, 跨制式“分段,重新起步”计价。在多路径 OD 票价计算方面,综合比选了最短路径、最低票价、综合路径 3 种 票价方案,各项分析均辅以具体实例,方便理解。
    13  城市轨道交通网络安全集中管控防护方案
    刘 魁
    2022, 35(2):85-90.
    [摘要](71) [HTML](0) [PDF 3.42 M](64)
    摘要:
    通过分析城市轨道交通面临的主要网络安全风险,阐述当前各系统各自为政的网络安全解决方案的弊端, 从安全响应协同联动、安全设备集中运维、安全资源统一共享、安全人员整体部署和安全管理顶层规划等方面的 迫切需求出发,研究网络安全集中管控防护解决方案,实现跨系统的协同监控、防御、检测、响应、预测和分析 等功能,以形成完善的城市轨道交通网络安全防护体系,有效抵御各类安全威胁,从而适应未来数字化、智慧化 的动态多维安全环境。
    14  基于客流直达的城市轨道交通跨站停开行方案优化研究
    杨安安,汪 波,陈绍宽,张翕然
    2022, 35(2):91-98.
    [摘要](80) [HTML](0) [PDF 779.02 K](85)
    摘要:
    随着我国城市轨道交通网络的不断扩大以及高质量发展要求,对网络化运营组织提出了更高的要求。对 于不具备越行条件的线路,如何通过停站方案优化来提高列车运行速度是一个重要的研究方向。在对传统 A/B 跨 站停运营模式优劣分析的基础上,提出了通过开行 A/B/C 3 类列车可同时提高列车运行速度且所有乘客无换乘的 方案。首先,基于可乘坐列车类型对 OD 进行划分,对各类客流占比、所乘列车占比以及出行时间进行了探析。 构建了以跨站方案和发车频次为决策变量的混合整数规划模型,并设计遗传算法进行求解。最后,以北京地铁 6 号 线为例进行算例分析。算例结果显示,A/B/C 跨站停运营模式下乘客无需换乘,总出行时间和在车时间可分别减 少 2.15%和 6.79%。若不考虑等车时间,总在车时间可减少 14.25%。
    15  基于谱聚类的城市轨道交通车站间客流分型研究
    姚振康,高国飞,郑 汉,黄兆察
    2022, 35(2):99-104.
    [摘要](93) [HTML](0) [PDF 1.23 M](66)
    摘要:
    在轨道交通运营管理过程中,不同车站间客流的时间分布特性及规律直接决定了客流组织方案。明晰 车站间客流分型及特征,对合理配置客流组织方案大有裨益。相对于单车站客流类型,多车站间客流类型的影 响因素多样且复杂,为此,从时间、空间和结构 3 个角度对车站间客流分类特征进行分析,并通过谱聚类方法 压缩搜索空间,从而达到更加精准的类型划分。利用轮廓系数与戴维森堡丁指数对比不同方法的分类结果,证 明所提出的谱聚类方法相对于 k-means 等其他方法具有更好的分类效果。以苏州地铁 2020 年数据为例,通过 提出的方法寻找出 7 种车站间客流分型,该结果可应用于预测模型训练等领域。
    16  天津市轨道交通客流效能提升策略
    李向辉,邱莅伟,万 涛,高煦明
    2022, 35(2):105-110.
    [摘要](133) [HTML](0) [PDF 3.42 M](63)
    摘要:
    回顾天津轨道交通成网以来客流的发展变化,识别出当前影响天津市轨道交通客流提升服务覆盖不足、 站点配套不完善以及自身竞争力不足难以与小客车竞争等问题,最后提出近期完善站点接驳,提升轨道交通服务 覆盖范围;中期完善轨道交通服务,提升轨道交通吸引力;远期形成多方合力,推动轨道交通为骨干的“公交都 市”等策略。
    17  基于历史数据的城市轨道交通列车运行扰动影响分析
    刘峰博
    2022, 35(2):111-116.
    [摘要](125) [HTML](0) [PDF 824.05 K](135)
    摘要:
    列车运行过程受到诸多扰动因素的影响,严重时引起列车运行延误,影响乘客出行。为了判别列车运行 扰动、评估影响范围和程度,提出了基于城市轨道交通历史数据的分析方法。根据突发事件类扰动及其相关的列 车运行、自动售检票等多源数据,分析扰动的产生和影响规律,包括扰动分类、原因和发生规律,以及扰动持续 时间、空间范围和客流相对率。典型城市的案例分析结果表明:高峰时段更容易发生扰动事件,车辆故障最为常 见,超过半数的扰动事件均能在 30 min 内消除;扰动引起的延误主要发生在后续列车及经过的前方车站上;扰动 下的客流量前半小时有所减少,后增加甚至超过常态标准客流量,到 2 h 左右两者吻合。
    18  基于惯性基准法的轨道高低不平顺影响分析
    刘堂辉,刘锦辉,冯青松,许晨霄,刘文武,罗信伟
    2022, 35(2):117-123.
    [摘要](55) [HTML](0) [PDF 1.49 M](141)
    摘要:
    为研究轨道结构敏感因素对中长波高低不平顺的影响,建立了车辆—轨道耦合模型,基于惯性基准法仿 真检测轨道高低不平顺,分析了轨道结构振动及不同扣件刚度、路基支承刚度和轨枕间距对高低不平顺的影响。 结果表明:在波长 2~6 m 范围内,柔性轨道估算不平顺明显大于无质量轨道不平顺;从时域角度分析时,扣件 刚度、路基支承刚度和轨枕间距对高低不平顺影响较小,而从频谱角度分析时,轨道谱变化明显且主要影响波长 2~4 m、2~10 m、2~3 m 范围内的高低不平顺。因此,分析轨道不平顺的分布特征及其发展变化规律时,应结 合幅值和轨道谱角度综合分析。
    19  城市轨道交通预制 H 型板柱组合轨道结构的研究与设计
    段玉振,吴建忠,刘 观,陈应东
    2022, 35(2):124-129.
    [摘要](57) [HTML](0) [PDF 1.63 M](51)
    摘要:
    目前,城市轨道交通车场停车库内立柱检查坑的立柱基本采用现浇混凝土结构形式,少数采用钢立柱或者预制混凝土小立柱结构。常规立柱方案存在施工作业环节多、施工精度不易控制、施工进度缓慢、施工质量不易控制等问题,难以满足城市轨道交通施工工期、施工精度、美观性要求。系统调研了常规现浇混凝土立柱方案、钢立柱方案、预制混凝土小立柱方案在设计、施工精度控制、施工质量控制及工程造价等方面的优缺点,研发了一种预制 H 型板柱组合轨道结构方案。相较于常规方案,此方案有简化作业环节、降低劳动强度、提高施工精度、提升施工效率、增强其美观性等特点,最大限度实现了结构装配化,为解决库内立柱检查坑结构的相关问题提供了借鉴和参考。
    20  软弱富水地层大直径盾构始发端头联合加固方法及应用
    赵合全
    2022, 35(2):130-135.
    [摘要](69) [HTML](0) [PDF 2.67 M](103)
    摘要:
    盾构在高水头粉土粉砂及淤泥地层始发时易出现各种安全事故,工程上常采用地表注浆、地层冻结 等方法预先对始发端地层进行加固处理。结合杭州望江路盾构隧道地层特点,提出一种三轴搅拌桩、高压 旋喷桩及局部垂直冻结相结合的联合加固方法,并系统介绍该方法加固参数的确定和加固效果评价。现场 检测表明,各项条件均满足设计要求,盾构顺利始发,以期为类似工程提供借鉴。
    21  跨座式单轨交通折线型道岔平面线形设计与研究
    仵叔强
    2022, 35(2):136-142.
    [摘要](42) [HTML](0) [PDF 636.61 K](116)
    摘要:
    道岔是跨座式单轨交通系统的关键组成之一,其作用是实现跨座式单轨车辆在行驶过程中的转线、折返 运行及在车辆基地的调车。通过对折线型道岔平面线形的研究,总结出道岔平面线形的设计方法和关键参数,对 设计标准中给出的道岔线形进行验证,并对道岔的线形设计和表达式提出设计建议。
    22  车车通信列控系统资源管理单元安全性分析
    刘振宇,李 晶
    2022, 35(2):143-148.
    [摘要](68) [HTML](0) [PDF 1.96 M](62)
    摘要:
    基于车车通信的列控系统在传统车地通信的基础上,引入了车车通信技术,后车与前车实时通信,极大 地简化了地面设备,提高了列车运行效率。使用 STPA 法对该系统的关键设备(资源管理单元)的安全性进行研究。 以资源管理单元下发临时限速命令的过程为例,识别出过程中的危险行为,找出系统的不安全因素,规划安全性 设计需求。通过安全性设计需求条件搭建该场景的时间自动机网络模型,使用 UPPAAL 对模型进行验证。验证表 明 STPA 方法能够找到列控系统中的控制缺陷,并采用相应的策略,提高系统的安全性,在列控系统的安全性分 析中具有较好的适用性。
    23  都市圈轨道交通AFC系统互联 互通建设关键问题探讨
    张 鹏,王 健,陆 斌
    2022, 35(2):149-154.
    [摘要](68) [HTML](0) [PDF 590.62 K](68)
    摘要:
    为了打造“一小时通勤圈”,建设“轨道上的城市群、都市圈”,形成“一票式”的互联互通新格局,建 立城市间城市轨道交通自动售检票系统互联互通机制非常有必要。从标准、乘车凭证、计费及优惠方式、互联互 通建设现状等角度对制约 AFC 系统互联互通发展的关键问题进行分析。从系统架构、标准编制、乘车凭证互联 互通、票务管理互联互通等角度对 AFC 系统互联互通的建设提出建议,为后续都市圈 AFC 系统票务运营一体化 建设提供借鉴与参考。
    24  地铁站水冷空调机组 IPLV计算方法讨论
    王怡臻,李晓锋
    2022, 35(2):155-161.
    [摘要](72) [HTML](0) [PDF 726.06 K](48)
    摘要:
    大量测试数据表明,在现行地铁环控系统中,冷机大部分时间处于部分负荷状态,因此用于评判地铁站 冷水机组部分负荷综合性能的 IPLV 值的计算方法值得研究。使用了一种逐时计算地铁车站负荷的方法,计算得 出北京市、上海市、广州市典型地铁标准站全年的逐时负荷曲线。根据全年逐时负荷曲线统计了 3 个城市地铁车 站不同负荷率区间占比情况,从而得出地铁车站水冷空调机组 IPLV 的计算办法。计算结果显示,地铁站空调季 部分负荷情况占比很高,低于 25%负荷率的情况占空调季运行时间的接近 1/3,低于 50%负荷率占比超过运行时 间的 50%。考虑到地铁车站通常设立两台冷水机组的情况,对使用两台机组的情况进行了讨论,使用两台冷水机 组的情况下,低于 25%负荷率的情况变为 15%,但是还是高于团体标准值 1.5%;50%以上负荷率区间从 40%增 加到 77%,与团体标准值接近。研究结果对于地铁空调系统设备选型和运行节能具有一定的指导价值。
    25  基于贝叶斯网络的城市轨道交通运营安全风险及防控研究
    刘懿文,朱 琳,刘志钢,骆华荣,杭 海
    2022, 35(2):162.
    [摘要](136) [HTML](0) [PDF 870.11 K](96)
    摘要:
    收集分析了 64 起城市轨道交通运营风险事件案例,基于事故致因过程分析,提取出 28 个风险元,并建立 事故致因链;运用贝叶斯网络构建城市轨道交通事故风险互动关系的拓扑结构,对风险互动网络进行影响强度分 析与灵敏性分析,结果发现人为与设备因素易引发系统其他风险乃至安全事件的发生,其中信息交互滞后、信号 道岔设备故障、制动设备故障这 3 个风险元对整个安全运营的系统稳定状态有着较大的影响;最后,从人、机、 环、管 4 个维度提出了风险防控策略,尤其针对关键敏感风险提出了安全管理对策。

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