城軌車輛電氣系統(tǒng)展望

周金玲

摘 要：城市軌道交通具有運(yùn)量大、污染小、節(jié)能、舒適安全、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，在城市公共交通領(lǐng)域扮演著越來(lái)越重要的角色；而軌道交通車輛的電氣系統(tǒng)，作為車輛的核心系統(tǒng)之一，直接影響著車輛的節(jié)能、乘客的體驗(yàn)和車輛的自動(dòng)化、智能化，其發(fā)展在城市軌道交通的發(fā)展中同樣起到了核心的推動(dòng)作用。本文在對(duì)城市軌道車輛電氣系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，對(duì)其發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：牽引系統(tǒng)；TCMS；PIS；火警系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：U260 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）08-0043-01

當(dāng)前，隨著我國(guó)城市人口在急劇增加，城市車輛堵塞現(xiàn)象，已成為城市發(fā)展的“瓶頸”問(wèn)題。發(fā)展以軌道交通為骨干，是我國(guó)大城市解決交通問(wèn)題的唯一途徑[1，2]。本文針對(duì)電氣系統(tǒng)中較為重要、對(duì)乘客體驗(yàn)影響較大的子系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹，對(duì)其發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

1 城市軌道車輛電氣系統(tǒng)技術(shù)簡(jiǎn)介

本節(jié)主要對(duì)電氣系統(tǒng)中牽引系統(tǒng)、TCMS系統(tǒng)、乘客信息系統(tǒng)（PIS）、與火警系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹。

1.1 牽引系統(tǒng)

牽引逆變器和牽引電機(jī)為牽引系統(tǒng)中最為重要的組成部分；目前國(guó)內(nèi)的城軌車輛的牽引系統(tǒng)最多的采用的是DC-AC的直-交傳動(dòng)系統(tǒng)，牽引電機(jī)主要采用鼠籠式異步電機(jī)。

牽引逆變器的發(fā)展主要受到功率電力電子器件發(fā)展的影響，牽引逆變器的器件經(jīng)歷了半控型晶閘管（SCR）、全控性晶閘管（GTO）及絕緣門級(jí)雙極型晶體管（IGBT）的發(fā)展過(guò)程，其中IGBT以結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。近些年以SiC為代表的新一代功率半導(dǎo)體器件逐漸展露頭角，它具有更高的開(kāi)關(guān)速度、損耗低、耐高溫、關(guān)斷拖尾電流小等一系列特點(diǎn)，目前國(guó)際領(lǐng)先企業(yè)已推出采用SiC器件的樣機(jī)，相信在將來(lái)會(huì)得到廣泛的應(yīng)用。

牽引電機(jī)中，目前采用最多的為鼠籠式異步電機(jī)，相比直流電機(jī)，交流牽引電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、體積小、重量輕，占領(lǐng)了目前主要的城軌市場(chǎng)。但近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)外企業(yè)開(kāi)始了對(duì)永磁同步電機(jī)的開(kāi)發(fā)與試運(yùn)行，永磁同步電機(jī)相比較交流異步電機(jī)，具有效率更高、能量密度更大、低噪音等的優(yōu)點(diǎn)；永磁同步電機(jī)的效率最高可達(dá)到97%左右；與同功率等級(jí)的交流異步電機(jī)相比，永磁同步電機(jī)的體積和質(zhì)量可以減少20%-30%。目前永磁同步電機(jī)已經(jīng)應(yīng)用到了國(guó)內(nèi)外的部分城軌線路中，取得了明顯的節(jié)能效果。

1.2 TCMS系統(tǒng)

TCMS系統(tǒng)如同車輛的大腦，其負(fù)責(zé)車輛信息的收集、處理、診斷和控制。

目前地鐵車輛的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)主要采用多功能列車總線（MVB）的列車總線形式，但隨著城市軌道交通列車信息化程度的提升，城軌車輛使用的絞線式列車總線（WTB）、MVB或控制器局域網(wǎng)絡(luò)（CAN）等技術(shù)已無(wú)法滿足豐富的車輛狀態(tài)信息傳輸要求，因此國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）近些年來(lái)陸續(xù)發(fā)布了IEC 61375系列協(xié)議，并在標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了列車以太網(wǎng)通信相關(guān)協(xié)議。以太網(wǎng)技術(shù)具有應(yīng)用廣泛、數(shù)據(jù)傳輸率高、容易與信息網(wǎng)絡(luò)集成、成本和費(fèi)用低廉、可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Υ?、支持多種物理介質(zhì)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以及軟硬件資源豐富等優(yōu)點(diǎn)，必將成為TCMS系統(tǒng)架構(gòu)發(fā)展的新方向。

1.3 PIS系統(tǒng)

PIS系統(tǒng)能夠?yàn)槌丝吞峁┲庇^、高效和人性化的服務(wù)，越來(lái)越作為一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)出現(xiàn)在城軌建設(shè)中，越來(lái)越受到軌道運(yùn)營(yíng)商的重視。

PIS系統(tǒng)集引導(dǎo)、廣告、資訊、設(shè)備監(jiān)控和客流監(jiān)控為一體的綜合智能引導(dǎo)PIS系統(tǒng)，是當(dāng)前發(fā)展的主流。除了以上功能外，如何利用廣泛普及的的智能移動(dòng)設(shè)備向乘客提供個(gè)性化的信息服務(wù)的需求，也在不斷推動(dòng)著PIS系統(tǒng)的發(fā)展；例如能夠?yàn)槌丝吞峁┥暇W(wǎng)的免費(fèi)WIFI功能、能夠?yàn)榱熊囂峁?shí)時(shí)資訊、視頻信息的實(shí)時(shí)傳送功能等。

1.4 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)

防火作為城市軌道交通車輛重要的安全功能，與乘客的安全息息相關(guān)，一直受到軌道交通運(yùn)營(yíng)商和車輛制造商的重視。目前城市軌道交通車輛的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)主要分為兩種形式：主動(dòng)吸入式火警探測(cè)系統(tǒng)和利用煙溫報(bào)警探頭的點(diǎn)式火警探測(cè)系統(tǒng)。

目前軌道交通車輛上的火警系統(tǒng)，主要作用僅停留在火災(zāi)發(fā)生時(shí)的預(yù)警作用；國(guó)內(nèi)外的部分火警系統(tǒng)供應(yīng)商和軌道車輛制造商已經(jīng)開(kāi)始關(guān)注‘主動(dòng)滅火形式的火警系統(tǒng)的研究，細(xì)水霧技術(shù)成為該領(lǐng)域的主要研究方向。細(xì)水霧滅火系統(tǒng)憑借其環(huán)保、高效、采用水作為廉價(jià)滅火劑的特點(diǎn)，正在飛速發(fā)展，相信其將很快被應(yīng)用到城市軌道交通車輛的火警系統(tǒng)中。

2 總結(jié)及展望

本文針對(duì)城市軌道車輛電氣系統(tǒng)中的牽引系統(tǒng)和輔助供電系統(tǒng)、TCMS、PIS、照明系統(tǒng)和火警系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，并對(duì)該領(lǐng)域的發(fā)展方向和新技術(shù)進(jìn)行了展望。相信在不久的將來(lái)，隨著新型功率半導(dǎo)體器件、永磁同步電機(jī)、列車以太網(wǎng)技術(shù)、更加集成化的PIS系統(tǒng)、更成熟的LED照明技術(shù)、細(xì)水霧滅火技術(shù)等技術(shù)的發(fā)展，會(huì)為城市軌道車輛電氣系統(tǒng)帶來(lái)飛躍式的發(fā)展，必將推動(dòng)城市軌道交通事業(yè)的發(fā)展、進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)

[1]何延華.淺談軌道交通車輛牽引系統(tǒng)的特點(diǎn)及發(fā)展方向[J].科技論壇，2012，7.

[2]高楓.城軌車輛列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)技術(shù)方案及發(fā)展方向[J].鐵路技術(shù)創(chuàng)新，2015，4.