有軌電車(chē)非接觸牽引供電系統(tǒng)供電計(jì)算研究

張春雨 黃寶亮

摘 要： 科學(xué)技術(shù)的發(fā)展迅速，我國(guó)的各行各業(yè)的發(fā)展也有了相應(yīng)的改善。傳統(tǒng)有軌電車(chē)牽引供電普遍采用架空接觸網(wǎng)或接觸軌供電，鋼軌回流的方式，該方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資成本及維護(hù)成本低，但接觸式供電方式不可避免存在磨損、火花、絕緣等問(wèn)題，且對(duì)城市景觀和安全問(wèn)題也有不容忽視的影響。與接觸式供電方式相比，無(wú)線(xiàn)電能傳輸技術(shù)克服了導(dǎo)線(xiàn)裸露、器件磨損、接觸電火花等一系列問(wèn)題，具有便捷、靈活、安全及環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，并可有效化解供電安全可靠性與城市景觀之間的矛盾。

關(guān)鍵詞： 有軌電車(chē);非接觸牽引供電系統(tǒng);供電計(jì)算研究

【中圖分類(lèi)號(hào)】U482.1 ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A ? ? 【文章編號(hào)】1674-3733（2020）11-0179-01

引言：有軌電車(chē)作為一種歷史悠久的交通工具，在我國(guó)的城市公共交通體系中曾經(jīng)占有一席之地，后來(lái)，隨著社會(huì)的發(fā)展，傳統(tǒng)的有軌電車(chē)因?yàn)檐壍篮途€(xiàn)路鋪設(shè)等問(wèn)題，影響了城市的發(fā)展而一度銷(xiāo)聲匿跡?，F(xiàn)在，隨著有軌電車(chē)技術(shù)的不斷提高和城市交通壓力的進(jìn)一步加大，這種運(yùn)載量大，高效便捷，節(jié)能環(huán)保的交通工具有一次出現(xiàn)在了人們的視野中，開(kāi)始成為城市公共交通的解決方案之一。

1 牽引供電方式的分類(lèi)

從靜止的供電設(shè)備中給移動(dòng)列車(chē)提供持續(xù)的電力就是牽引供電的作用，有軌電車(chē)牽引供電的最基本方式就是實(shí)時(shí)授流和非實(shí)時(shí)授流兩種。實(shí)時(shí)授流方式是在沿線(xiàn)敷設(shè)供電設(shè)備，和車(chē)載受電器進(jìn)行實(shí)時(shí)接觸，做到在電網(wǎng)中把持續(xù)大容量的電力供應(yīng)給移動(dòng)列車(chē)。這種供電方法已經(jīng)被積極應(yīng)用于國(guó)鐵AC25kV和地鐵DC750V、DC1500V的牽引供電方案中。非實(shí)時(shí)授流方案是用車(chē)載儲(chǔ)能進(jìn)行牽引，在指定的地方為列車(chē)進(jìn)行快速充電，在指定區(qū)域以外的路段是沒(méi)有充電設(shè)施的。這種供電方法通常被積極應(yīng)用于現(xiàn)代電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)中。實(shí)時(shí)授流方式根據(jù)其傳送方式又被分為了接觸式供電方式和非接觸式供電方式。接觸式供電方式通常采取滑動(dòng)接觸和滾動(dòng)接觸，滑動(dòng)接觸供電應(yīng)用于普通車(chē)輛的正極，滾動(dòng)接觸供電被應(yīng)用于普通車(chē)輛的負(fù)極?；陔姶鸥袘?yīng)原理的電能傳輸形成了大容量的非接觸式供電，因?yàn)椴灰粯拥幕亓鞣绞接直环譃殇撥壔亓骱蛯?zhuān)用軌回流兩類(lèi)。完成無(wú)架空接觸網(wǎng)供電有兩項(xiàng)技術(shù)方案：第一項(xiàng)是采取實(shí)時(shí)授流供電，順著行駛線(xiàn)路安置供電設(shè)備，例如在封閉式專(zhuān)用路段的城市軌道交通中使用第三軌供電方法;第二項(xiàng)是用車(chē)載儲(chǔ)能式牽引供電，取消在行駛線(xiàn)路中裝置供電設(shè)備。但還是有兩個(gè)問(wèn)題需要引起重視，第一是供電軌不能安裝在路面外，因?yàn)闀?huì)影響其他車(chē)輛行駛;第二是要重視道路中車(chē)輛和人民安全，除了在正常行駛時(shí)間外，供電軌不能帶電。技術(shù)人員可以把沿線(xiàn)供電設(shè)備進(jìn)行區(qū)域劃分，劃分出的每個(gè)區(qū)域路長(zhǎng)不能超過(guò)列車(chē)長(zhǎng)度;根據(jù)列車(chē)運(yùn)行情況靈活調(diào)控各區(qū)域是否可以帶電。目前處于迎合現(xiàn)代有軌電車(chē)無(wú)架空接觸網(wǎng)需求的目的，我國(guó)和國(guó)外其他國(guó)家一些有技術(shù)實(shí)力的有軌電車(chē)公司，都制定出了獨(dú)具特色、優(yōu)勢(shì)的無(wú)架空接觸網(wǎng)解決措施。像西門(mén)子、中國(guó)南車(chē)株洲電力機(jī)車(chē)有限公司以及卡佛等研發(fā)的現(xiàn)代有軌電車(chē)系統(tǒng)都是采用車(chē)載儲(chǔ)能式牽引供電。

2 有軌電車(chē)非接觸牽引供電系統(tǒng)供電計(jì)算

2.1 Tramwave系統(tǒng)

該系統(tǒng)也是一種接觸試的地面供電系統(tǒng)。安裝在地面的供電導(dǎo)軌是柔性永磁材質(zhì)，預(yù)制配套的車(chē)輛受電靴也是磁性材質(zhì)，因此，在車(chē)輛經(jīng)過(guò)供電導(dǎo)軌上方時(shí)，會(huì)吸引柔性導(dǎo)軌產(chǎn)生形變上升，從而與受電靴產(chǎn)生接觸實(shí)現(xiàn)供電。當(dāng)受電靴離開(kāi)該段供電導(dǎo)軌后，導(dǎo)軌受重力作用，自然落回地面，導(dǎo)軌表面斷電，保證周?chē)藛T的安全。該系統(tǒng)相對(duì)于PRIMOVE系統(tǒng)，其供電控制更加簡(jiǎn)單，能夠做到更加安全的防觸電保護(hù)，但是目前，該項(xiàng)技術(shù)還處在研發(fā)階段，某些問(wèn)題尚待解決，相信不就得將來(lái)這項(xiàng)技術(shù)就能夠投入使用，為有軌電車(chē)這一交通方式提供更加安全的供電方式。

2.2 APS系統(tǒng)

APS系統(tǒng)屬于無(wú)架空接觸網(wǎng)供電系統(tǒng)，采用地面接觸軌供電，鋼軌回流的方式。APS系統(tǒng)主要分為接觸軌、支架、直流配電單元、直流監(jiān)控系統(tǒng)幾大部分。APS系統(tǒng)的供電軌布設(shè)于兩條平行的行走軌道之間，供電軌并非連續(xù)鋪設(shè)，而是根據(jù)一定的長(zhǎng)度分段鋪設(shè)，兩端供電軌之間保持絕緣，從而防止出現(xiàn)觸電意外。電車(chē)上安裝專(zhuān)用的受電靴，用于車(chē)輛從供電軌上取電。在軌道沿線(xiàn)每個(gè)一段距離設(shè)置一個(gè)控制箱，當(dāng)檢測(cè)到車(chē)輛行經(jīng)每個(gè)區(qū)段后，負(fù)責(zé)控制該段的控制箱接收到車(chē)輛的信號(hào)，想該段接觸軌供電，其余部分的接觸軌保持絕緣，從而保證用電安全，防止發(fā)生觸電事故。APS系統(tǒng)采用了新型的地面接觸軌供電技術(shù)，從而避免了傳統(tǒng)牽引供電系統(tǒng)所使用的架空線(xiàn)路對(duì)于城市景觀的破壞，對(duì)于在城市特殊景觀地區(qū)采用有軌電車(chē)作為公共交通解決方案提供了可能性。除此之外，APS系統(tǒng)還具有較高的靈活性，可以與多種方案進(jìn)行結(jié)合，例如與傳統(tǒng)架空線(xiàn)路結(jié)合使用，在特殊景觀保護(hù)區(qū)域使用地面供電軌，在普通地區(qū)采用架空線(xiàn)路供電。APS系統(tǒng)雖然能夠有效的減少對(duì)于城市市容市貌的影響，但是由于地面供電的特殊性，因此對(duì)于供電線(xiàn)路附近的安全性、排水性、可靠性等具有很高的要求，另外，該系統(tǒng)需要在沿線(xiàn)埋設(shè)大量的信號(hào)接收控制設(shè)備，對(duì)于施工要求較高，也需要大量的成本。[5]目前，APS系統(tǒng)的造價(jià)約合4000至5000萬(wàn)每公里，如果大量投入使用，會(huì)對(duì)于城市財(cái)政造成一定影響。

2.3 儲(chǔ)能式供電系統(tǒng)

儲(chǔ)能式供電是現(xiàn)代電動(dòng)汽車(chē)的設(shè)計(jì)理念在有軌電車(chē)上的延伸應(yīng)用。隨著電動(dòng)車(chē)輛技術(shù)的發(fā)展，鋰電池、氫燃料電池、超級(jí)電容等儲(chǔ)電技術(shù)及其控制技術(shù)得到了空前的發(fā)展?，F(xiàn)代有軌電車(chē)通常采用的是交流傳動(dòng)技術(shù)，車(chē)載儲(chǔ)能裝置能夠?qū)④?chē)輛制動(dòng)、車(chē)輛下坡時(shí)產(chǎn)生的摩擦和重力勢(shì)能等能量轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存起來(lái)，作為電車(chē)的形式能源進(jìn)行使用。儲(chǔ)能式有對(duì)電車(chē)能夠徹底解決車(chē)輛供電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)問(wèn)題，能夠在不方面進(jìn)行供電設(shè)施施工的區(qū)域采用儲(chǔ)能式供電車(chē)輛進(jìn)行運(yùn)營(yíng)。儲(chǔ)能式供電技術(shù)采用的是車(chē)輛本身的攜帶的能源作為動(dòng)力，與依靠線(xiàn)路進(jìn)行實(shí)時(shí)供電的方式有著本質(zhì)的區(qū)別。儲(chǔ)能式供電系統(tǒng)，徹底消除了電車(chē)的架空線(xiàn)路對(duì)于城市環(huán)境的影響，避免了大量供電線(xiàn)路的潛在安全問(wèn)題，適應(yīng)于各種地形環(huán)境，是現(xiàn)代有軌電車(chē)牽引供電的一個(gè)重要發(fā)展方向。但是這種方式也有著一些現(xiàn)階段難以克服的弊端。

結(jié)語(yǔ)：能量傳輸機(jī)構(gòu)即逆變器、初級(jí)發(fā)射線(xiàn)圈和次級(jí)拾取線(xiàn)圈所引起的壓降大于線(xiàn)路所引起的壓降，可以在非接觸供電系統(tǒng)電壓輸出端設(shè)置DC-DC裝置升壓。線(xiàn)圈的參數(shù)對(duì)功率傳輸效率具有很大影響，線(xiàn)圈設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)對(duì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以提高傳輸效率，減少能量的損失。

參考文獻(xiàn)

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