軌道列車緊急自牽引方案研討

軌道列車緊急自牽引方案研討常?年處于超負?荷運行狀態(tài)?下的城市軌?道交通，會?使其牽引供?電系統(tǒng)的保?護動作頻發(fā)?、供電線路?老化加劇、?供電安全事?故不斷［１?］。世界很?多大城市已?經(jīng)建立了針?對城市軌道?交通的應急?救援機制，?例如在車站?提供了緊急?公交車用以?疏散大量乘?客。但在某?些情況下城?市軌道交通?的供電系統(tǒng)?出現(xiàn)故障，?列車只能滯?留原處等待?救援。本文?給出了一種?新穎的緊急?救援方案：?___一套?車載儲能系?統(tǒng)，依靠該?系統(tǒng)提供的?電能，使城?市軌道交通?列車在統(tǒng)一?指揮下實施?自牽引［２?－３］，行?駛至合適的?鄰近車站，?而不需要外?部救援列車?的介入。本?方案可以成?為城市軌道?交通應急系?統(tǒng)中的一個?重要組成部?分，可以在?第一時間內(nèi)?實施有效救?援，并可極?大提高應急?救援系統(tǒng)的?靈活性。在?某些特殊情?況下（如短?區(qū)域內(nèi)斷電?等），仍然?可以使城市?軌道交通網(wǎng)?絡保持通暢?的運營。?１具有緊急?自牽引能力?的列車牽引?系統(tǒng)架構?１.１現(xiàn)有?列車牽引電?氣系統(tǒng)以?___軌道?交通___?號線為例，?現(xiàn)有的動車?牽引電氣系?統(tǒng)示意如圖?___所示?。圖１中，?列車受電弓?將１５００?Ｖ架空接觸?網(wǎng)高壓直流?電引入動車?，先后經(jīng)過?___個部?分——預充?電電路、線?路低通濾波?器、過壓抑?制電路、牽?引逆變器和?交流牽引電?機。其中，?牽引逆變器?將直流電能?變換成交流?牽引電機調(diào)?速所需的變?壓變頻（Ｖ?ａｒｉａｂ?ｌｅＶｏｌ?ｔａｇｅＶ?ａｒｉａｂ?ｌｅＦｒｅ?ｑｕｅｎｃ?ｙ，簡圖１?現(xiàn)有城市軌?道交通列車?牽引電氣系?統(tǒng)示意圖為?ＶＶＶＦ）?三相交流電?，而牽引電?機將電能與?機械能進行?相互轉化。?這兩者是牽?引電氣系統(tǒng)?的核心。?１.２列車?緊急自牽引?系統(tǒng)列車?緊急自牽引?系統(tǒng)（Ｅｍ?ｅｒｇｅｎ?ｃｙＳｅｌ?ｆＴｒａｃ?ｔｉｏｎＳ?ｙｓｔｅｍ?，簡為ＥＳ?ＴＳ）的方?框圖如圖_?__所示。?圖２中粗線?表示功率流?，細線表示?信號流。Ｅ?ＳＴＳ包含?能量存儲系?統(tǒng)（Ｅｎｅ?ｒｇｙＳｔ?ｏｒａｇｅ?Ｓｙｓｔｅ?ｍ，簡為Ｅ?ＳＳ）、接?口電路、Ｅ?ＳＴＳ控制?器和人機界?面等部分。?其中最為重?要的就是車?載能量存儲?系統(tǒng)。目前?，城市軌道?交通列車已?經(jīng)配置有車?載低壓１１?０Ｖ蓄電池?組，通常為?兩組蓄電池?，其總容量?約３００Ａ?ｈ。根據(jù)相?關標準要求?［５］，蓄?電池在列車?故障情況下?提供緊急照?明和緊急通?風使用。電?池組的功率?與能量都比?較?。郏叮?７］，不能?用于正線列?車的自牽引?行駛。比較?目前技術成?熟且適于列?車應用的儲?能方式，最?適宜的依然?是蓄電池。?常用于列車?的蓄電池是?鉛酸蓄電池?和鎳鎘蓄電?池。另外，?蘇州星恒電?源有限公司?設計的國產(chǎn)?磷酸鐵鋰離?子電池組已?于___年?在___地?鐵列車開始?使用，經(jīng)受?了列車１１?０Ｖ低壓系?統(tǒng)兼容性和?充放電能力?等多方面的?考驗，使之?替代鎳鎘蓄?電池已成為?可能。三種?蓄電池組的?對比見表１?。目前，城?市軌道交通?列車普遍使?用的是鎳鎘?蓄電池，但?是其最明顯?的缺點是記?憶效應和重?金屬鎘的污?染。從表１?的對比中可?以看出，鋰?離子蓄電池?的體積和重?量最小，維?護工作少，?因而是車載?儲能器件的?最佳選擇。?此外，一組?鋰離子蓄電?池的價格目?前約___?萬～___?萬元，與Ｓ?ＡＦＴ等國?外知名的鎳?鎘蓄電池相?比，鋰離子?蓄電池組在?價格上并無?劣勢。在列?車實施自行?牽引中，牽?引逆變器采?用ＥＳＳ供?電。１１０?Ｖ蓄電池難?以提供相應?功率，通常?可以將多組?蓄電池進行?串聯(lián)使用。?２列車緊?急自牽引系?統(tǒng)設計２?.１典型工?況設定由?___軌道?交通___?號線線路坡?道匯總表（?見表２）可?知，小于_?__‰坡度?的坡道在所?有坡道中過?半數(shù)，所以?列車緊急自?牽引的典型?運行工況設?定為：列車?位于___?‰、５００?ｍ的坡道開?始啟動加速?（較苛刻的?工況），其?后是１００?０ｍ的平直?坡道，列車?運行速度為?１０ｋｍ／?ｈ，負載設?定為ＡＷ０?（空車）、?ＡＷ２（額?定負載）與?ＡＷ３（最?大負載）三?種。２.?２工況仿真?分析在Ｍ?ＡＴＬＡＢ?軟件平臺上?，編制仿真?軟件對列車?的功率與能?量需求進行?仿真。三種?負載工況下?的仿真結果?見圖３。在?圖３中，從?上到下分別?為牽引電氣?功率Ｐｅ、?能耗Ｅｅ、?牽引力Ｆ，?以及___?組１１０Ｖ?蓄電池串聯(lián)?后在最低電?壓下放電電?流Ｉ的仿真?曲線。２?.３蓄電池?系統(tǒng)設計?圖４給出了?磷酸鐵鋰離?子電池在不?同放電倍率?下的放電特?性曲線。按?照單節(jié)蓄電?池放電電壓?到２.６Ｖ?計算，在３?Ｃ（放電倍?率）下可以?進行約２０?ｍｉｎ的_?__％放電?。在５Ｃ下?可以進行約?１１.５ｍ?ｉｎ的__?_％放電。?即便按照１?０Ｃ下進行?放電也可以?持續(xù)約５.?５ｍｉｎ。?由此可明顯?看出，鋰離?子電池在大?倍率電流放?電時具有良?好的庫侖效?率。將__?_組１１０?Ｖ／１２０?Ａｈ鋰離子?電池串聯(lián)后?供給列車緊?急自牽引使?用，在ＡＷ?０負載下，?蓄電池組基?本是在３Ｃ?內(nèi)放電；在?ＡＷ２負載?下，蓄電池?組基本在３?.３Ｃ左右?放電；在Ａ?Ｗ３負載下?，蓄電池組?基本按照４?Ｃ放電。將?圖３與圖_?__對比可?以看出，鋰?離子電池的?放電能力有?較大保留。?在ＡＷ３負?載的列車緊?急牽引工況?中，蓄電池?的放電深度?也僅約__?_％。這樣?，即便考慮?到電池組的?初始電荷狀?態(tài)、老化系?數(shù)等因素，?_