柯小甜 黃佳佳 王文龍

摘要：根據(jù)武漢地鐵11號線蓄電池牽引技術(shù)特點(diǎn)，對蓄電池牽引方案進(jìn)行了分析，包括蓄電池容量、蓄電池牽引控制邏輯等，并根據(jù)蓄電池牽引特點(diǎn)以及現(xiàn)場實(shí)際情況對相關(guān)注意事項(xiàng)進(jìn)行說明。

關(guān)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(nèi)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(nèi)無弓網(wǎng)或三軌或者線路上高壓供電出現(xiàn)故障，列車若要移動，只能依靠其他車輛的幫助，才能達(dá)到移車的目的。自從龐巴迪將蓄電池牽引技術(shù)率先應(yīng)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(shù)的時(shí)代序幕。隨后龐巴迪將該項(xiàng)技術(shù)成功運(yùn)用在國內(nèi)的北京4號線、北京大興線中，隨著國內(nèi)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(gè)難題，更有效、安全地實(shí)現(xiàn)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(jīng)過電動轉(zhuǎn)換開關(guān)箱，然后到牽引逆變器驅(qū)動牽引電機(jī)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(shí)際運(yùn)行工況，容量計(jì)算時(shí)溫度按10°C計(jì)算），保證列車以功耗34.674kW不低于45min的應(yīng)急供電，或者滿足蓄電池牽引193s（同時(shí)滿足負(fù)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(jù)該要求和蓄電池的特性計(jì)算蓄電池的容量。

（一）蓄電池?cái)?shù)量

根據(jù)以往所供地鐵列車蓄電池經(jīng)驗(yàn)，蓄電池的單體浮充電電壓按1.41V計(jì)算，該系統(tǒng)使用蓄電池的只數(shù)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(shí)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(yīng)急牽引。列車要求蓄電池滿足下表中牽引要求（表內(nèi)為單組蓄電池電流），同時(shí)滿足34.674kW負(fù)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(yīng)急負(fù)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(fù)載的計(jì)算結(jié)果可知，第1種負(fù)載需要蓄電池提供的容量最大，因此，選用該模式計(jì)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(shù)等影響因素，蓄電池實(shí)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(shù)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(shù)，0.97;

T1——蓄電池的充電效率，0.9;

am蓄電池老化修正系數(shù)，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(jīng)過電動轉(zhuǎn)換開關(guān)箱，然后到牽引逆變器驅(qū)動牽引電機(jī)工作，只有2車和5車有電動轉(zhuǎn)換開關(guān)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(yīng)原理圖如圖1所示。

（一）進(jìn)入蓄電池牽引模式

TCMS給DCu發(fā)出“蓄電池牽引預(yù)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(nèi)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(shí)，給2車和5車DCU發(fā)送“蓄電池牽引啟動”指令，此時(shí)2車和5車會閉合KMB1、KMB2接觸器進(jìn)入蓄電池牽引模式，并通過HMI提示司機(jī)進(jìn)入“蓄電池牽引模式。理論上在蓄電池達(dá)到額定電壓110V時(shí)，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(jī)點(diǎn)擊HMI蓄電池牽引開關(guān)——TCMS撤銷發(fā)給DCU“蓄電池牽引預(yù)備”，并撤銷發(fā)給2車和5車的“蓄電池牽引啟動”指令，此時(shí)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(shí)TCMs可以通過HMI提示司機(jī)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(shí)司機(jī)點(diǎn)擊HMI蓄電池牽引開關(guān)、HSCB合、BHB復(fù)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(jī)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(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和牽引系統(tǒng)控制單元DCU共同配合實(shí)現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)傳遞“蓄電池牽引一預(yù)備”、“蓄電池牽引信號”及判斷整車是否符合進(jìn)入蓄電池牽引的條件。DCU主要負(fù)責(zé)判斷本節(jié)車牽引系統(tǒng)是否符合進(jìn)入蓄電池牽引的條件，并執(zhí)行蓄電池牽引。

四、總結(jié)

本文根據(jù)蓄電池牽引特點(diǎn)以及現(xiàn)場實(shí)際情況對蓄電池牽引技術(shù)方案進(jìn)行了說明，對城軌車輛蓄電池牽引的設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值和借鑒意義。近年來，蓄電池牽引技術(shù)在許多項(xiàng)目中都有應(yīng)用，表明蓄電池牽引技術(shù)是一種成熟、穩(wěn)定的技術(shù)。，特別是在城軌車輛上有著很好的應(yīng)用前景，對車輛段內(nèi)移車有很大的作用，同時(shí)也節(jié)省了一定的建設(shè)成本和運(yùn)營的維護(hù)成本。