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1、浅谈城市轨道交通牵引供电系统的技术发展罗樟?丁智勇?黄鑫摘 要:为了满意城市交通对高效性、准时性以及客运实力的要求,轨道交通建设规模显著增长,同时也对牵引供电系统技术应用与发展提出了较高的要求。该文从当前最为普遍的交、直流牵引供电系统的构成与特点入手,分别就其关键技术进行探讨,并就再生制动与储能汲取装置、轻量化设计和永磁同步牵引系统等先进技术的发展进行展望,以期对轨道交通业发展供应帮助。关键词:城市轨道交通;牵引供电系统;变电站中图分类号: G322 文献标记码:A在城市化进程中,为了克服市区交通拥堵问题,轨道交通的建设为其供应了更好的思路。为了提高轨道交通运行平安性与经济性,牵引供电系统技术
2、的优化应用极为关键,确定了轨道交通能否高效牢靠的运行。随着技术的发展,牵引供电技术也有了显著发展,考虑高效节能的问题,衍生出再生制动与储能汲取装置,而且轻量化设计也是重要发展方向,下面就此绽开详述。1 城市轨道交通牵引供电系统构成及特点分析1.1 直流牵引供电系统其基本构成为主变电站干脆接入电网,主要起到了降压与电能安排的作用,为牵引变电所供应电能输入;牵引变电所的主要作用是整流与降压,其直流输出电压为0.75 kV或1.5 kV;电能从牵引变电所传输至轨道交通的接触网,然后电车利用受电器从接触网获得电能,而且还有接触轨这一供电形式;回流线与走行轨,主要用于将电能回流至牵、引变电所;此外,还包
3、括杂散电流防护系统等构成部分1。该系统的示意图如图1所示,其中:T 为牵引变压器,QFn指的是各类开关,QSn为各类开关柜体。直流牵引供电的实现,其核心在于整流机组,是由牵引变压器(T)与整流器所构成的,牵引系统母线的设计为0.75 kV,由正、负母线与备用母线组成。整流器出线正极经过直流快速断路器(QF1、QF2)与直流母线相连,母线与上下行接触轨由馈线连接,负极柜(QS5、QS6)则连接上下行回流线。1.2 沟通牵引供电系统沟通牵引供电系统的构成与直流牵引供电系统基本一样,但是不再对网供沟通电进行整流转换。同时依据沟通牵引供电模式的差异,又分为以下3类。1)低频单相沟通制,仍旧需通过整流方
4、式对频率进行调整,相较直流供电其电抗要小,然而增大变频限制难度。2)三相沟通制,其优势在于不对网供电进行转换,轨道电车干脆运用三相異步电机,牵引供电系统更加的简化,供电效率得以提升,但就轨道交通特点来说,通常要求双边供电,但是在三相沟通供电形式中很难实现,而且在有限空间内很难达到三相供电绝缘标准。3)工频单相沟通制,这也是城市轨道交通中最为常用并且较为先进的供电方式,其优势在于简化了牵引供电系统结构,不再须要整流环节,而且可以达到更高的电压水平,解决了低压传输距离短的问题,使轨道交通供电分段距离更长。2 沟通牵引供电系统关键技术2.1 变电站位置的确定在轨道交通运营期间,牵引供电系统的设计关系
5、其运营经济性与平安性,其中,变电站位置的确定要经过考察和验算。通常要依据牵引网架结构的特点,并结合其对牵引供电电压的要求,然后再经过实地考察,最终确定牵引变电站的合适位置。同时,要对不同距离下的电压损失予以计算,进而确定最经济的供电距离,还要保证牵引供电系统电能质量要求。2.2 基于第三轨的供电技术该技术在城市轨道牵引供电系统设计时较多应用,第三轨的材质也有要求,通常选择钢铝复合材料,其优势在于导电性能极为优越,可以显著减小牵引供电系统的电损,同时还不必再铺设馈线电缆,可以降低牵引供电系统成本2。第三轨供电技术的实际应用中,其基础设施结构主要包括底座、接触轨、防爬器等,较为典型的设计为温度伸缩
6、接头,其可以有效解决接触轨的冷热膨胀问题。2.3 电缆牵引网分段供电及爱护技术在轨道交通运行过程中,须要由沟通电缆牵引网供应电能,但是考虑到轨道长度问题,为了有效降低长距离输电时的压损,通常要设计为分段供电。该供电方式下,牵引供电线路分为并联连接的两条线路,并且分段出有断点存在,应保证机电电能供应连贯性。同时,轨道交通对电能供应平安性要求极高,但牵引网故障也时有发生,为了避开故障发展,须要合理配置爱护装置,通常所配主要为沟通牵引馈线的电流速断爱护,需留意定值设置合理性,有效降低故障对牵引网的危害。3 直流流牵引供电系统关键技术3.1 接地技术与爱护配置由于直流牵引供电的特别性,其在运行中常会发
7、生杂散电流问题,假如任其持续发展将带来严峻的电化学腐蚀问题,因此对地绝缘防护是必要的,重点要设置于直流正负极之间3。假如负极接地问题不予处理,当短路发生时,将会使直流牵引系统产生了极大电流冲击,严峻危害牵引供电系统平安。此时就要求爱护装置可以刚好断开直流牵引供电系统中的故障部位,但是最为关键的应当借助技术措施实现直流正负极的绝缘,在限制迷流问题的同时还可以限制直流供电系统中短路事故的发展。3.2 漏电爱护技术主要应用方式有2点。1)接地轨仅在轨道车站中安装,可以显著提高轨道交通的接地性能,由于接地轨的存在,可以使机车在站间轨道中所积攒的电荷得以释放。2)接地轨沿线布置,能够实现轨道交通漏电爱护
8、的全覆盖,当机车有静电电荷产生时可干脆导入地下,使轨道列车具有更高平安性。3)干脆利用牵引变电站的接地网,通过负极轨连接机车车体与站端接地设施,同样可以对轨道机车车体起到很好的漏电爱护作用,静电电荷可刚好的予以释放,在漏电爱护成本上要显著低于接地轨,然而须要做好爱护协作,并提高相应绝缘等级。4 城市轨道交通牵引供电技术的发展4.1 再生制动与储能汲取装置在直流牵引系统中,由于中间存在整流环节,再生制动所产生能量无法反输电网4。为此,要设计储能汲取装置,其主要起到能量临时存储作用。再生储能装置主要有两种形式:地面储能设备与车载储能设备,两者有很大相像性,这里以车载设备为例进行探讨,其不仅具有节能
9、特点,可在制动过程中有效存蓄能量,并用于加速启动与无电区域,具有较高的经济性,而且可缓解轨道电车启停对电网的冲击,还能够在无电状态下,干脆驱动机车短时运行,增大列车操作敏捷性。4.2 永磁同步牵引系统在牵引供电系统中,先进的永磁同步牵引系统具有更大的应用前景。1)更加高效节能,用于采纳的是永磁设备,省去了常规异步电机中的励磁部分,同时还降低了电机的铜损与铁耗,可节约10%的能耗。2)具有功率密度的优势,由于省去了励磁装置,使得牵引系统中永磁电机可做到更小的尺寸,通常缩减程度可达20%30%,进而达到更高的功率密度,而且还有转矩优势,可以为机车供应更强劲动力。此外,永磁同步电机一般会实行全封闭的
10、设计方式,噪声小,且免清扫。4.3 轻量化设计对于城市轨道交通来说,其功率密度的提高可显著降低机车能耗,而这可通过轻量化设计来实现。由于牵引供电系统在机车中同样有配套设施,也是机车载重一部分,对机车内供电系统予以轻量化设计,可以起到节约电能作用。1)高频化,可借助更加先进的功率器件,或对其进行优化,通常来说就是对常规电容、电抗等感性器件替换为高频功率器件,可使机组配重显著降低,达到轻量化设计目的。2)箱体的轻量化设计,对于轨道列车来说,车载变流器箱体的重量往往较大,而常规钢铁结构较为笨重,更为先进的有铝合金箱体,不仅耐腐蚀,而且有轻量化优势。4.4 新型半导体器件的应用近年来,常规硅材料的半导
11、体在性能开发上也达到了极致,上升空间较为有限,而Si C材料被视作半导体领域革命性的创新,相较于硅材料有显著优势,不仅在开关速度上有所提升,而且器件自身损耗更低,对作业环境下高温耐受实力更佳,也能较好解决常规器件的关断拖尾电流问题,也就是说,通过应用Si C器件,能够达到更高开关频率,使电能转换质量更高,而且整体结构更加简洁,减小对器件工作中冷却的要求,使其具有轻量化的特点,当其与牵引供电系统结合,可对轨道交通带来更高的供电牢靠性与经济性。5 结语综上所述,牵引供电系统在轨道交通中发挥重要支撑性作用,无论是直流还是沟通牵引供电系统均要保证设计合理性,从变电站规划、接触网建设到供电爱护装置等,全
12、方位地做好牵引供电系统的平安保障工作。同时,科技发展也带动牵引系统相关技术的进步,如再生制动储能汲取装置、永磁同步电机、新型半导体器件等,将引领轨道交通牵引供电系统建设的新方向。参考文献1陈杰.城市轨道交通牵引供电系统的技术发展探讨J.装备修理技术,2022(3):192.2陈杰.新一代智能化城市轨道交通牵引供电系统关键技术J.电气时代,2022(7):73.3廖黎明.城市轨道交通沟通牵引供电系统及其关键技术J.中国高新区,2022(6):161-162.4周方圓,陈鹏,吴丽然.单相沟通牵引供电系统关键技术现状及发展J.铁道标准设计,2022,63(1):133-137. 猜你喜爱 城市轨道交
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