城市軌道車輛自牽引技術(shù)的應(yīng)用與探討

徐逸世

摘要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市化進(jìn)程速度的不斷加快，城市軌道交通建設(shè)規(guī)模在進(jìn)一步擴(kuò)大。相應(yīng)的地鐵車輛自牽引技術(shù)也全面實(shí)現(xiàn)了工程化的應(yīng)用?；诖?，本篇文章主要對(duì)城市軌道車輛自牽引技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行深入分析和探討。

關(guān)鍵詞：城市軌道車輛;自牽引技術(shù);應(yīng)用

前言：現(xiàn)如今，城市軌道交通技術(shù)在不斷發(fā)展，由于車輛運(yùn)營(yíng)需求的不斷提升，相應(yīng)地鐵車輛的功能也在同步增加，將車輛自牽引技術(shù)應(yīng)用進(jìn)來(lái)，可以使車輛在無(wú)外部電力供電情況下的靈活移車全面實(shí)現(xiàn)，使庫(kù)里車輛檢修效率得到提升的同時(shí)，還全面提升了正常運(yùn)營(yíng)線路的故障救援能力。尤其是對(duì)于將第三軌供電采用進(jìn)來(lái)的城軌車輛而言，為了使庫(kù)內(nèi)檢修的安全型得到保證，一般情況下，都不會(huì)將供電三軌設(shè)置在檢修車間，在入庫(kù)的過(guò)程中，會(huì)將滑觸線供電或者是工程車推送的方式，達(dá)到牽引列車的目的。但是對(duì)于這兩種方式而言，不論是采取任何一種方式，都會(huì)加大檢修人員的工作量，整體效率也相對(duì)較低。將車輛自牽引技術(shù)應(yīng)用進(jìn)來(lái)，就可以使以上問題得到全面階段，但是也存在一定的問題，就是增加了車輛的重量和一次性投入的成本。所以，必須要使最優(yōu)的車輛自牽引功能實(shí)現(xiàn)，對(duì)實(shí)際增加設(shè)備的重量和體積以及成本進(jìn)行有效控制，是最為關(guān)鍵的內(nèi)容。

1車輛自牽引技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

所謂車輛自牽引，主要就是以車載儲(chǔ)能設(shè)備為依據(jù)，將能量提供進(jìn)來(lái)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)車輛，實(shí)現(xiàn)低速運(yùn)行。以車輛運(yùn)行速度需求的不同為主要依據(jù)，不論是系統(tǒng)回路控制方式，還是儲(chǔ)能設(shè)備的輸出功率，均有很大的不同之處。若僅僅在車輛段調(diào)車檢修中應(yīng)用自牽引，那么實(shí)際車輛運(yùn)行的速度只需要達(dá)到3-5km/h，就可以全面滿足實(shí)際的要求;在應(yīng)用自牽引的過(guò)程中，若實(shí)際工況必須要保證正線載客自救援全面實(shí)現(xiàn)，則一般情況下，車輛的運(yùn)行速度，都會(huì)在20km/h左右。對(duì)于車輛牽引而言，其主要分為以下兩種：首先第一種，就是由于區(qū)間的輸電設(shè)備本身，出現(xiàn)了故障和問題，進(jìn)而導(dǎo)致高壓出現(xiàn)中斷的情況，而列車通過(guò)對(duì)蓄電池的利用，進(jìn)一步牽引到距離最近的車站之中，組織并疏散相關(guān)旅客，最大化降低對(duì)于旅客出行的影響;第二種，就是列車在運(yùn)行的過(guò)程中，依據(jù)的是第三軌供電，那么列車在回庫(kù)的過(guò)程中，就可以將蓄電池牽引利用進(jìn)來(lái)，在庫(kù)內(nèi)不需要對(duì)供電軌進(jìn)行鋪設(shè)，使作業(yè)人員的安全得到保證?，F(xiàn)如今，很多地鐵車輛生產(chǎn)公司，都將蓄電池自牽引技術(shù)設(shè)計(jì)并應(yīng)用了進(jìn)來(lái)。本文以北京地鐵16號(hào)線為例開展應(yīng)用分析。

2北京地鐵16號(hào)線列車自牽引系統(tǒng)方案

2.1、設(shè)計(jì)需求

對(duì)于北京地鐵16號(hào)線而言，其列車為6動(dòng)2托8輛編組，1500V為額定電壓，供電依據(jù)受電弓。該車輛的自牽引設(shè)計(jì)需求具體如下：首先第一點(diǎn)，基于AW3荷載工況下，列車在坡道上的運(yùn)行速度，應(yīng)達(dá)到4.5km/h;第二點(diǎn)，就是基于AW3荷載工況下，在正線平直線路上，列車的最大運(yùn)行速度為20km/h;第三點(diǎn)，基于AM3荷載工況下，平直道的最大加速度，應(yīng)完全超出0.19m/。

2.2、系統(tǒng)方案

對(duì)于牽引系統(tǒng)而言，其不論是運(yùn)行功率，還是相應(yīng)的電池容量指標(biāo)，其本身必須要具備行駛到下一站的能力。根據(jù)相應(yīng)的牽引計(jì)算結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)如今，對(duì)車輛供電起到控制作用的DC110V蓄電池，不論是放電功率，還是容量，均無(wú)法滿足實(shí)際的運(yùn)行要求，需要將蓄電池工資牽引額外應(yīng)激進(jìn)來(lái)，又或者是對(duì)供電蓄電池的容量和功率進(jìn)行提高。如果對(duì)車輛控制供電用蓄電池的容量進(jìn)行直接提高，會(huì)加大蓄電池組單組容量和體積，導(dǎo)致車下的布局難度進(jìn)一步增加，整體設(shè)計(jì)并不科學(xué)也不合理。此外，實(shí)際車輛在運(yùn)行過(guò)程中，速度要達(dá)到20km/h，那么DC110V根本無(wú)法滿足電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的電壓要求。主要原因，就是當(dāng)前階段，對(duì)于牽引系統(tǒng)而言，去將VVVF電機(jī)控制采用進(jìn)來(lái)，實(shí)際的速度越高，而對(duì)于整體直流輸入電壓的等級(jí)要求，也就越高。若將DC/DC升壓模塊額外增設(shè)進(jìn)來(lái)，就會(huì)使系統(tǒng)效率進(jìn)一步降低。以最高運(yùn)行速度為依據(jù)，對(duì)逆變器輸入電壓進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算，得到的結(jié)果，應(yīng)不低于DC200V，根據(jù)以上因素，應(yīng)采取如下方案，即將整車三組蓄電池應(yīng)用進(jìn)來(lái)，而且對(duì)于六個(gè)蓄電池箱而言，要在六輛動(dòng)車中分別安裝進(jìn)來(lái)，通過(guò)兩兩串聯(lián)的方式，使三組蓄電池得以形成，對(duì)三輛Mp車進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

2.3、蓄電池的設(shè)計(jì)

對(duì)于牽引變流器本身而言，其屬于強(qiáng)迫風(fēng)冷，因此，牽引蓄電池本身，不但要實(shí)現(xiàn)牽引供電的目的，還要為緊急通風(fēng)逆變器實(shí)施全面供電。以AW3工況為依據(jù)，在設(shè)定區(qū)間線路，開展全面深入的仿真計(jì)算，在具體運(yùn)行的過(guò)程中，以3個(gè)單元為基準(zhǔn)，實(shí)際的耗能可以達(dá)到27.61kW.h，那么車輛從爬坡開始，到頂端的實(shí)際耗能，就是24.39kW.h，在整個(gè)坡道上，車輛本身的最大行駛速度，即為5Km/h。不但要對(duì)電池的總?cè)萘窟M(jìn)行考慮，還要對(duì)電池的放電功率曲線進(jìn)行考慮，基于不同的溫度工況背景，蓄電池必須要滿足實(shí)際輸出功率特性的具體要求。因此，將180A.h的鉛酸電池選用了進(jìn)來(lái)，作為動(dòng)力電池，通過(guò)試驗(yàn)的方式，可以證明，其完全滿足實(shí)際的用用需求。

2.4、自牽引控制邏輯設(shè)計(jì)

車輛在運(yùn)行的過(guò)程中，以網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)為依據(jù)，可以分為兩種模式，一種模式就是正常狀態(tài)的自牽引模式，另一種模式，就是備用自牽引模式。整體的控制思想如下，就是將硬件自牽引開關(guān)設(shè)置進(jìn)來(lái)，同時(shí)，保證軟件邏輯和硬件邏輯這兩種全面互鎖，若在已經(jīng)滿足相關(guān)條件之后，才能進(jìn)一步進(jìn)入到自牽引的模式之中，并且對(duì)復(fù)位信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，當(dāng)完全滿足要求的復(fù)位條件時(shí)，則自牽引模式就會(huì)停止。

2.4.1、正常自牽引模式

在對(duì)自牽引的開關(guān)進(jìn)行閉合之后，實(shí)際判斷動(dòng)作邏輯有以下幾點(diǎn)：第一點(diǎn)，當(dāng)車輛本身所處模式為非ATO模式，與此同時(shí)，司控器手柄也在非牽引的位置，那么方向手柄不為零;第二點(diǎn)，列車本身已經(jīng)處于一種絕對(duì)靜止的狀態(tài);第三點(diǎn)，就是對(duì)于牽引蓄電池本身而言，其實(shí)際電壓，已經(jīng)滿足了相應(yīng)條件和要求;第四點(diǎn)，斷開HB，蓄電池輸出接觸器會(huì)呈現(xiàn)閉合的狀態(tài)，那么基于MVB，牽引系統(tǒng)會(huì)對(duì)級(jí)位信息進(jìn)行接受，使?fàn)恳M(jìn)一步輸出。

2.4.2、備用自牽引模式

基于該模式背景，前提條件不變，那么牽引系統(tǒng)要通過(guò)硬線接受牽引級(jí)位，且級(jí)位只有百分之五十和百分之一百。

所以，當(dāng)實(shí)際的自牽引要求必須要具備自救援能力時(shí)，相應(yīng)的儲(chǔ)能裝置必須要完全獨(dú)立考慮，不可與低壓供電的蓄電池有所聯(lián)系。

3自牽引方案的優(yōu)化原則

地鐵車輛運(yùn)行過(guò)程中，具體運(yùn)行工況如何，主要取決因素，就是線路條件，相應(yīng)的自牽引方案要以車輛的實(shí)際應(yīng)用需求為依據(jù)，開展科學(xué)合理的優(yōu)化和設(shè)計(jì)，使設(shè)備造假成本和運(yùn)營(yíng)成本綜合最優(yōu)化的目標(biāo)全面實(shí)現(xiàn)。

3.1、主回路拓?fù)鋬?yōu)化原則

首先，就是有效動(dòng)力單元的選擇，基于自牽引工況背景，實(shí)際對(duì)于加速度的要求相對(duì)較低，因此，可以簡(jiǎn)單配置車輛動(dòng)力單元，以北京地鐵16號(hào)線為例，其中有6個(gè)車控動(dòng)力單元，將三個(gè)單元選取進(jìn)來(lái)，就可以滿足實(shí)際的驅(qū)動(dòng)要求。其次，就是變流器發(fā)熱核算，對(duì)于變流器而言，其最大的作用，就是熱管散熱，在具體計(jì)算的過(guò)程中，需要對(duì)自牽引過(guò)程中存在的溫升問題進(jìn)行充分的考慮，若變流器為強(qiáng)迫風(fēng)冷的類型，那么要對(duì)應(yīng)急逆變器進(jìn)行啟動(dòng)，確保將電能提供給風(fēng)機(jī)。

3.2、邏輯控制優(yōu)化原則

對(duì)于自牽引控制邏輯而言，其主要包含兩方面內(nèi)容，手續(xù)愛你就是自牽引使能邏輯，其次就是復(fù)位邏輯，在實(shí)際投入控制邏輯的過(guò)程中，要保證高壓HB與蓄電池接觸器，這兩者可以實(shí)現(xiàn)完全互鎖，并且將軟件邏輯應(yīng)用進(jìn)來(lái)，作為重要的初始條件，進(jìn)行判斷。基于自牽引運(yùn)行背景，要充分考慮退出邏輯，使系統(tǒng)的安全得到保證。

結(jié)束語(yǔ)

總而言之，本文通過(guò)案例的方式，對(duì)城市軌道車輛自牽引技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了全面的闡述，在未來(lái)階段，還需要進(jìn)一步深化和優(yōu)化，為后續(xù)自牽引技術(shù)的全面普及應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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