城軌產(chǎn)品新技術(shù)簡介

黃河

摘要：針對國內(nèi)地鐵技術(shù)使用情況，簡單介紹城軌領(lǐng)域新技術(shù)的運用，推薦合理設(shè)計方案，優(yōu)化資源利用，提供更加便捷的基礎(chǔ)交通設(shè)施服務(wù)。

關(guān)鍵詞：永磁同步系統(tǒng);以太網(wǎng)技術(shù);無速度傳感器控制;并網(wǎng)供電;蓄電池牽引

中圖分類號：TM341;TP212文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-9129（2020）07-0153-01

Abstract：Based on the application of metro technology in China， this paper briefly introduces the application of new technologies in the field of urban rail transit， recommends reasonable design schemes， optimizes the utilization of resources， and provides more convenient basic transportation facilities.

Key words：Permanent magnet synchronous system;Ethernet technology;No speed sensor control;Grid-connected power supply;Accumulator traction

1永磁同步牽引系統(tǒng)技術(shù)

永磁同步牽引系統(tǒng)作為下一代城軌牽引系統(tǒng)的發(fā)展方向在近年來備受關(guān)注。永磁同步牽引系統(tǒng)技術(shù)的核心在于永磁同步牽引電機(jī)，其諸多優(yōu)點也是永磁同步電機(jī)帶來的。與現(xiàn)階段城軌牽引系統(tǒng)所使用異步牽引電機(jī)相比，永磁同步牽引電機(jī)具有如下特點：

（1）效率高，能耗低;

（2）體積小，重量輕，功率密度高;

（3）噪聲低，可靠性高;

（4）轉(zhuǎn)速平穩(wěn)，過載能力強(qiáng);

體積小、重量輕、功率密度高的特點使得永磁同步牽引電機(jī)滿足直驅(qū)電機(jī)轉(zhuǎn)速低、電機(jī)極數(shù)相對較多的要求，從而使得在現(xiàn)有條件下實現(xiàn)直接傳動成為可能。它省掉了現(xiàn)有牽引系統(tǒng)必須配備的齒輪箱，解決了齒輪傳動帶來的傳遞損耗、噪聲和維修等問題;同時可減輕車輛總體重量并提高傳動效率，實現(xiàn)牽引系統(tǒng)的節(jié)能;此外也給轉(zhuǎn)向架的設(shè)計提供了更多的自由空間，提高了車輛的經(jīng)濟(jì)性和動力學(xué)性能。

永磁同步牽引系統(tǒng)具有節(jié)能降耗、提升牽引功率、減少后期維護(hù)、提高乘客舒適度等諸多優(yōu)點。

2車載實時以太網(wǎng)技術(shù)

現(xiàn)有列車網(wǎng)絡(luò)主要使用列車級WTB總線和車輛級MVB總線的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來實現(xiàn)車載設(shè)備的互聯(lián)與控制，該結(jié)構(gòu)可提供可靠、確定性的數(shù)據(jù)連接，具有傳輸可靠的特點。但隨著列車智能化水平的不斷提升，列車網(wǎng)絡(luò)需要能夠承載更多的數(shù)據(jù)傳輸，而現(xiàn)有的WTB、MVB技術(shù)已無法滿足豐富的車輛狀態(tài)信息傳輸需求。

以太網(wǎng)是一種廣泛應(yīng)用的計算機(jī)局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，作為列車網(wǎng)絡(luò)， 車載實時以太網(wǎng)具有以下優(yōu)點：

（1）具有足夠高的帶寬，，傳輸速率高。現(xiàn)有的WTB、MVB傳輸速率分別為1Mb/s、1.5 Mb/s，而以太網(wǎng)可達(dá)100 Mb/s，能做到數(shù)據(jù)的快速交換，實時性更好;

（2）接口標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，有利于系統(tǒng)集成;

（3）可實現(xiàn)車載電氣設(shè)備的單點維護(hù)，維護(hù)更加方便;

（4）支持列車控制、診斷、維護(hù)、媒體等多個應(yīng)用。

3無速度傳感器技術(shù)

現(xiàn)階段地鐵車輛的速度測量主要依靠在電機(jī)上布置速度傳感器，通過測量電機(jī)轉(zhuǎn)速再進(jìn)一步計算得到列車速度，并以此實現(xiàn)對列車行駛速度的閉環(huán)控制。這種通過速度傳感器測量速度的模式主要存在以下問題：

（1）速度傳感器處于高溫、振動大的環(huán)境，相對容易損壞，從而導(dǎo)致速度測量失效;

（2）速度傳感器采集到的信號要經(jīng)過遠(yuǎn)距離傳輸，在信號傳輸過程中易受干擾，從而導(dǎo)致測量失準(zhǔn);

（3）速度傳感器布線復(fù)雜，無形中增加了后期維護(hù)工作量。

基于速度傳感器的以上缺點，無速度傳感器技術(shù)成為研究熱點，即不依靠速度傳感器進(jìn)行電機(jī)轉(zhuǎn)速測量。其速度辨識基本原理就是通過測量電機(jī)電流并結(jié)合電機(jī)模型進(jìn)行速度估算，估算誤差在千分之一以內(nèi)。

無速度傳感器技術(shù)的規(guī)避了上述速度傳感器使用帶來的缺點，其次電機(jī)無需安裝速度傳感器后體積可以減小，功率密度會相應(yīng)提高，最后省去速度傳感器及其信號傳輸、處理裝置也能節(jié)約成本。

4輔助電源并網(wǎng)供電技術(shù)

輔助電源的并網(wǎng)供電技術(shù)主要是區(qū)別于現(xiàn)階段的輔助電源擴(kuò)展供電技術(shù)。現(xiàn)階段地鐵列車主要采用輔助電源擴(kuò)展供電技術(shù)，在兩輛Tc車上各設(shè)置一個輔助電源，兩個輔助電源的AC380V輸出之間通過擴(kuò)展供電裝置相連。在正常情況下，擴(kuò)展供電裝置是斷開的，兩個輔助電源的AC380V輸出獨立給各自單元負(fù)載供電。當(dāng)一臺輔助電源故障時，擴(kuò)展供電裝置閉合，進(jìn)行擴(kuò)展供電，此時由仍正常工作的輔助電源給整列車的基本負(fù)載供電。

并網(wǎng)供電技術(shù)整列車配置的輔助電源數(shù)量增加，一般情況下為4臺。此時會設(shè)置一條貫穿整列車的中壓母線，每個輔助電源都連接在該中壓母線上，負(fù)載同樣連接在該中壓母線上，就相當(dāng)于4臺輔助電源并聯(lián)為整列車的中壓負(fù)載供電。

輔助電源并網(wǎng)供電相較于擴(kuò)展供電最大的優(yōu)勢就是其冗余度更高，當(dāng)發(fā)生單個甚至是兩個輔助電源故障時整個輔助電源系統(tǒng)都不用進(jìn)行減載操作，乘客舒適度不會因此受到影響。

5蓄電池牽引技術(shù)

蓄電池牽引就是利用車載DC110V蓄電池給牽引逆變器供電進(jìn)而驅(qū)動列車運行。目前蓄電池牽引技術(shù)主要應(yīng)用于兩種場景，一種是第三軌-受流器方式受電的車輛庫內(nèi)調(diào)車、另一種是正線運營車輛救援。

國內(nèi)采用第三軌-受流器方式受電的項目在車輛的正線、運營庫、車輛段內(nèi)都需要設(shè)置高壓第三軌，而檢修庫內(nèi)由于長時間都是檢修作業(yè)，為了安全起見并不設(shè)置第三軌供電。那么這種第三軌受電的車輛在進(jìn)出檢修庫時則需要額外配置工程車或者配置滑觸線移動供電電源以便將列車牽引進(jìn)出庫，這兩種方式作業(yè)時間長且程序繁瑣，而蓄電池牽引技術(shù)正好有效地解決了該問題。

列車在正線運行時，正線供電線路有突然斷電的風(fēng)險，從而導(dǎo)致車輛無法運行。而且供電線路斷電故障不能通過其它車輛實施救援，只能等待電力恢復(fù)或者隧道內(nèi)清客乘客自行走到下一站。在這種情況下，利用蓄電池牽引技術(shù)則能完美地滿足列車自救援需求，在不依靠外力情況下將列車牽引至下一站，不至于給乘客帶來恐慌或事故。

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