武漢地鐵11號線蓄電池牽引技術淺析

柯小甜 黃佳佳 王文龍

摘要：根據武漢地鐵11號線蓄電池牽引技術特點，對蓄電池牽引方案進行了分析，包括蓄電池容量、蓄電池牽引控制邏輯等，并根據蓄電池牽引特點以及現場實際情況對相關注意事項進行說明。

關鍵詞：地鐵車輛 蓄電池牽引 蓄電池牽引控制原理

一、概述

目前，國內外地鐵車輛的電力主要來自受電弓或三軌兩種受電方式，由于考慮安全的問題，在檢修庫或車輛段內無弓網或三軌或者線路上高壓供電出現故障，列車若要移動，只能依靠其他車輛的幫助，才能達到移車的目的。自從龐巴迪將蓄電池牽引技術率先應用于瑞典首都斯德哥爾摩市的地鐵車輛中，由此拉開了蓄電池牽引技術的時代序幕。隨后龐巴迪將該項技術成功運用在國內的北京4號線、北京大興線中，隨著國內軌道交通的發(fā)展，越來越多的城軌車輛需要配備蓄電池牽引功能。

在車輛完成月修和鏇輪后，出庫需要人工將列車推至有電區(qū)，為了武漢11號線增加了蓄電池牽引這一功能，很好地解決了這個難題，更有效、安全地實現列車出庫。蓄電池牽引用于從無三軌的股道行使至有三軌的股道，蓄電池經過電動轉換開關箱，然后到牽引逆變器驅動牽引電機工作。

二、蓄電池容量確定

每列車配2套DCIIOV蓄電池系統(tǒng)，蓄電池組在-10°C～42°C的環(huán)境條件下工作（考慮到實際運行工況，容量計算時溫度按10°C計算），保證列車以功耗34.674kW不低于45min的應急供電，或者滿足蓄電池牽引193s（同時滿足負載工作193s），蓄電池組最低放電電壓84V，蓄電池使用壽命不低于15年，依據該要求和蓄電池的特性計算蓄電池的容量。

（一）蓄電池數量

根據以往所供地鐵列車蓄電池經驗，蓄電池的單體浮充電電壓按1.41V計算，該系統(tǒng)使用蓄電池的只數定為84只，其浮充電電壓為1.41x84=118.44V。

（二）蓄電池容量

1緊急供電。列車要求蓄電池提供的功率為34.674kW，時間45min;

蓄電池組的平均放電電流=蓄電池提供的功率，蓄電池組的平均放電電壓=34.674kW/[84×1.2]V=344A。

蓄電池供電45min需要的凈容量C1=344X45/60=258Ah

2.應急牽引。列車要求蓄電池滿足下表中牽引要求（表內為單組蓄電池電流），同時滿足34.674kW負載工作。

蓄電池組的平均放電電流=功率，蓄電池組的平均放電電壓=34.674kW/[841.2]V=344A。

蓄電池應急負載需要的凈容量C2=344X19313600=18.5Ah

牽引所需凈容量C3=477×2×4/3600+187.4x2×189/3600=20.8Ah

綜上牽引200m共需凈容量：C4=c2+C3=39.3Ah

綜合兩種負載的計算結果可知，第1種負載需要蓄電池提供的容量最大，因此，選用該模式計算蓄電池的容量。

綜上蓄電池所需凈容量：Co=258Ah

考慮浮充充電效率、低溫下的放電效率及使用壽命15年老化系數等影響因素，蓄電池實際容量為：

蓄電池容量c=Co÷K1÷η÷a=258÷0.97÷0.9+0.9=328.4Ah

Co——不考慮任何影響系數下的蓄電池凈容量，258Ah：

Kt——蓄電池在10°C溫度下放電的容量修正系數，0.97;

T1——蓄電池的充電效率，0.9;

am蓄電池老化修正系數，0.9。

另考慮15%的額外裕度，蓄電池容量為：328.4×1.15=377.7Ah，每列車用兩組蓄電池，則一組蓄電池的容量為：377.7÷2=190Ah

三、蓄電池牽引控制原理

蓄電池經過電動轉換開關箱，然后到牽引逆變器驅動牽引電機工作，只有2車和5車有電動轉換開關箱，所以蓄電池牽引只有2車和5車有動力，其他動車無動力，對應原理圖如圖1所示。

（一）進入蓄電池牽引模式

TCMS給DCu發(fā)出“蓄電池牽引預備”指令，2車和5車DCU輸出“主斷允許”、“BHB允許”、“BLB閉合”信號為低電平，在DCU斷開HSCB、BHB和BLB后，10S內向TCMS反饋“蓄電池牽引允許”指令，TCMS收到2車和5車DCU反饋的“蓄電池牽引允許”指令時，給2車和5車DCU發(fā)送“蓄電池牽引啟動”指令，此時2車和5車會閉合KMB1、KMB2接觸器進入蓄電池牽引模式，并通過HMI提示司機進入“蓄電池牽引模式。理論上在蓄電池達到額定電壓110V時，可以行使193秒，牽引200米。

（二）退出蓄電池牽引模式

正常退出：速度為零，司控器手柄為零位。

司機點擊HMI蓄電池牽引開關——TCMS撤銷發(fā)給DCU“蓄電池牽引預備”，并撤銷發(fā)給2車和5車的“蓄電池牽引啟動”指令，此時DCU斷開2車和5車KMB1、KMB2.并向TCMS發(fā)出撤銷“蓄電池牽引允許”，此時TCMs可以通過HMI提示司機退出“蓄電池牽引模式”。

非正常退出：速度為非零，司控器手柄為非零位。

如果此時司機點擊HMI蓄電池牽引開關、HSCB合、BHB復位，TCMS發(fā)出指令給DCU封鎖牽引直至列車停車，HMI提示“如需退出蓄電池緊急牽引，司機控制器手柄回零”。將司控器手柄回零后，可按照正常退出模式執(zhí)行。

蓄電池牽引模式的建立需要由網絡系統(tǒng)和牽引系統(tǒng)控制單元DCU共同配合實現。網絡系統(tǒng)主要負責傳遞“蓄電池牽引一預備”、“蓄電池牽引信號”及判斷整車是否符合進入蓄電池牽引的條件。DCU主要負責判斷本節(jié)車牽引系統(tǒng)是否符合進入蓄電池牽引的條件，并執(zhí)行蓄電池牽引。

四、總結

本文根據蓄電池牽引特點以及現場實際情況對蓄電池牽引技術方案進行了說明，對城軌車輛蓄電池牽引的設計具有一定的參考價值和借鑒意義。近年來，蓄電池牽引技術在許多項目中都有應用，表明蓄電池牽引技術是一種成熟、穩(wěn)定的技術。，特別是在城軌車輛上有著很好的應用前景，對車輛段內移車有很大的作用，同時也節(jié)省了一定的建設成本和運營的維護成本。