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        地鐵牽引系統(tǒng)控制比選研究

        2019-02-08 13:02:24尚磊艾子洋
        山東工業(yè)技術(shù) 2019年1期
        關(guān)鍵詞:轉(zhuǎn)向架故障

        尚磊 艾子洋

        摘 要:地鐵牽引系統(tǒng)控制方式的選擇對(duì)于地鐵穩(wěn)定運(yùn)行、能源消耗的控制有著重要的意義。基于此,本文對(duì)地鐵牽引系統(tǒng)的配置方式進(jìn)行了分析,并對(duì)車控、架控、軸控這三種地鐵牽引系統(tǒng)控制方式在故障下的運(yùn)行、地鐵車下設(shè)備布置與質(zhì)量、與制動(dòng)系統(tǒng)配合這些方面進(jìn)行了比較,為相關(guān)人員進(jìn)行地鐵牽引系統(tǒng)控制方式的選擇提供了指導(dǎo)。

        關(guān)鍵詞:地鐵車輛;牽引系統(tǒng);控制方式

        DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.01.040

        0 引言

        目前,地鐵車輛牽引系統(tǒng)控制的方式主要有三種:車控方式、架控方式以及軸控方式,在進(jìn)行地鐵牽引系統(tǒng)控制方式的實(shí)際選擇時(shí),通常會(huì)對(duì)地鐵車輛的編組、線路條件、技術(shù)性能、成本等等進(jìn)行考量。

        1 地鐵牽引系統(tǒng)的配置方式

        當(dāng)?shù)罔F車輛牽引系統(tǒng)控制使用了車控的方式時(shí),每輛地鐵車輛上的動(dòng)車都會(huì)布置起一臺(tái)逆變器;當(dāng)?shù)罔F車輛牽引系統(tǒng)控制使用了架控的方式時(shí),逆變器的布置就有了兩種方案:第一,將兩個(gè)小的逆變器模塊組成一個(gè)大的逆變器箱,其中的每一個(gè)小逆變器模塊都控制著一臺(tái)轉(zhuǎn)向架上的兩組電機(jī),使用這樣的形式布置起的逆變器的質(zhì)量相對(duì)較輕。第二,在每輛地鐵車輛上都設(shè)置起兩臺(tái)獨(dú)立的逆變器箱,分別對(duì)轉(zhuǎn)向架上的電機(jī)進(jìn)行控制;當(dāng)?shù)罔F車輛牽引系統(tǒng)控制使用了軸控的方式時(shí),因?yàn)槭艿降罔F車輛底部空間的影響,通常會(huì)使用兩個(gè)逆變器箱,并在每個(gè)逆變器箱中設(shè)置兩個(gè)小的逆變器模塊[1]。

        2 地鐵牽引系統(tǒng)控制方式的比較

        2.1 地鐵車輛故障運(yùn)行能力及冗余性比較

        2.1.1 車控方式

        當(dāng)?shù)罔F車輛牽引系統(tǒng)控制使用了車控方式時(shí),每一節(jié)動(dòng)車都設(shè)置了一臺(tái)逆變器。在這樣的條件下,由于部件故障而產(chǎn)生的整車故障的概率較低。但是,對(duì)該節(jié)車的逆變器出現(xiàn)故障時(shí),則會(huì)使得整節(jié)車全部失去動(dòng)力。對(duì)于動(dòng)拖比為1:1地鐵車輛來說,這種情況會(huì)使得動(dòng)車節(jié)數(shù)與拖車節(jié)數(shù)的比例低于1:1,導(dǎo)致地鐵車輛在故障條件下的運(yùn)行能力相對(duì)較差。舉例來說,當(dāng)一輛4節(jié)編組的地鐵車輛在80km/h、AW3(9人/m2)的條件下運(yùn)行時(shí)(此時(shí)的動(dòng)拖比為1:1),產(chǎn)生的最大牽引力為180kN。當(dāng)一臺(tái)逆變器產(chǎn)生故障時(shí),該地鐵車輛的牽引力就降低至了90kN。而若是此時(shí)地鐵車輛運(yùn)行的線路為較大的坡道時(shí),則車輛可能會(huì)無法繼續(xù)啟動(dòng)。

        2.1.2 架控方式

        當(dāng)?shù)罔F車輛牽引系統(tǒng)控制使用了架控方式時(shí),每一節(jié)動(dòng)車都會(huì)有兩臺(tái)小逆變器進(jìn)行工作。相比于車控方式,架控方式在每一節(jié)動(dòng)車上多設(shè)置其了一臺(tái)逆變器,這使得地鐵車輛的故障點(diǎn)有所增加,導(dǎo)致由于部件故障而產(chǎn)生的整車故障的概率升高。在這樣的條件下,當(dāng)一臺(tái)逆變器發(fā)生故障時(shí),意味著該節(jié)動(dòng)車喪失了50%的動(dòng)能。相比于車控方式,架控方式發(fā)生故障后持有的動(dòng)力更大。舉例來說,當(dāng)一輛4節(jié)編組的地鐵車輛在80km/h、AW3(9人/m2)的條件下運(yùn)行時(shí)(此時(shí)的動(dòng)拖比為1:1),產(chǎn)生的最大牽引力為180kN。當(dāng)一臺(tái)逆變器產(chǎn)生故障時(shí),該地鐵車輛的牽引力就降低至了135kN。若是此時(shí)地鐵車輛運(yùn)行的線路為較大的坡道時(shí),車輛依舊能夠繼續(xù)啟動(dòng)。

        2.1.3 軸控方式

        當(dāng)?shù)罔F車輛牽引系統(tǒng)控制使用了軸控方式時(shí),意味著地鐵車輛中每一節(jié)動(dòng)車都有著四臺(tái)逆變器提供動(dòng)能。相比于車控方式,增加了三臺(tái)逆變器;相比于架空方式,增加了兩臺(tái)逆變器。當(dāng)一臺(tái)逆變器發(fā)生故障后,該節(jié)動(dòng)車僅僅會(huì)喪失25%的動(dòng)能,比車控方式以及架控方式下保存下的動(dòng)力更大。舉例來說,當(dāng)一輛4節(jié)編組的地鐵車輛在80km/h、AW3(9人/m2)的條件下運(yùn)行時(shí)(此時(shí)的動(dòng)拖比為1:1),產(chǎn)生的最大牽引力為180kN。當(dāng)一臺(tái)逆變器產(chǎn)生故障時(shí),該地鐵車輛的牽引力就降低至了157.5kN。若是此時(shí)地鐵車輛運(yùn)行的線路為較大的坡道時(shí),車輛依舊能夠繼續(xù)啟動(dòng)。

        通過上述的比較能夠發(fā)現(xiàn),從故障下地鐵車輛的運(yùn)行能力來看,使用軸控方式或使用架控方式進(jìn)行地鐵車輛牽引系統(tǒng)控制的效果較好,在線路坡度較大的情況下,使用軸控方式以及架控方式都能確保地鐵車輛能夠繼續(xù)啟動(dòng)。

        2.2 地鐵車下設(shè)備的比較

        從車下設(shè)備的布置方面進(jìn)行比較能夠發(fā)現(xiàn),由于車控方式中每節(jié)動(dòng)車只使用了一臺(tái)逆變器,所以車底的空間較為充足,設(shè)備的布置也相對(duì)合理;相比之下,架控方式與軸控方式中使用的逆變器數(shù)量較多,車底空間較為緊張。

        從車下設(shè)備的質(zhì)量方面進(jìn)行比較能夠發(fā)現(xiàn),使用架控方式的動(dòng)車比使用車控方式的動(dòng)車質(zhì)量上增加了580kg。在地鐵車輛實(shí)際的運(yùn)行中,質(zhì)量的增加意味著能耗的增加。依照筆者的工作經(jīng)驗(yàn),當(dāng)?shù)罔F車輛的質(zhì)量每降低1t,則電能消耗就隨著降低8000kWh,二氧化碳的排放量就會(huì)減少6.2t。而使用軸控方式進(jìn)行地鐵車輛牽引系統(tǒng)控制,則會(huì)使地鐵車輛的質(zhì)量增加的更多。

        2.3 不同控制方式與制動(dòng)系統(tǒng)配合的比較

        常見的配置方式有四種:第一,架控做牽引,車控做制動(dòng)。在這一配合方式下,當(dāng)某一轉(zhuǎn)向架電制動(dòng)力失效并開始進(jìn)行空氣制動(dòng)時(shí),為了避免制動(dòng)力疊加過大形成車輪抱死,需要切除故障動(dòng)車中的另一臺(tái)轉(zhuǎn)向架電制動(dòng)力。由于這樣的方式形成的資源浪費(fèi)較多,所以較少被使用。第二,架控或車控做牽引,架控做制動(dòng)。在這樣的配合下,電控制動(dòng)的配合較好。第三,車控做牽引,車控做制動(dòng)。在這樣的配合下,當(dāng)逆變器發(fā)生故障后空氣制動(dòng)提供了全部的制動(dòng)力,所以不會(huì)產(chǎn)生制動(dòng)力的疊加。第四,軸控做牽引,架控或車控做制動(dòng)。在這一配合方式下,雖然也會(huì)第一種配合方式所產(chǎn)生的問題,但是由于軸控在故障時(shí)的電制動(dòng)能力比車控要好,所以并不需要更多的空氣制動(dòng)補(bǔ)充。

        3 總結(jié)

        綜上所述,車控、架控以及軸控這三種地鐵牽引系統(tǒng)控制方式各有優(yōu)劣。由于軸控的耗能較大且設(shè)備配置較為復(fù)雜,在地鐵實(shí)際的運(yùn)行中很少被使用。相比于車控,架控與軸控在故障條件下能夠保存更多的動(dòng)力,在進(jìn)行實(shí)際的選擇時(shí),要結(jié)合地鐵的線路條件、列車編組以及節(jié)能減排的理念等進(jìn)行確定。

        參考文獻(xiàn):

        [1]張哲.地鐵牽引電傳動(dòng)系統(tǒng)與其控制技術(shù)研究[D].北京交通大學(xué),2015.

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