电力电子技术在轨道交通牵引系统中的
发展
电力电子技术在轨道交通牵引系统中的发展
第一组
电力牵引传动与电力电子器件存在相互促进和相互依存的密切关系，电力传动是按照直一直传动、交一直传动再到交一直一交传动的过程发展的，而为了满足这一发展历程，离不开电力电子器件和现代计算机控制技术的高速发展。现代电力电子器件的发展迅猛，开发周期愈来愈短，如快速晶闸管、GTO晶闸管、GIBT、IPM等，每种新器件的诞生都迫使我们加快了对新器件的基础应用研究，从而促进了牵引传动方式的进步。
1轨道车辆牵引领域电力电子器件的发展
1.1 电力电子器件的发展
自1957 年晶闸管问世，标志着电力电子技术的诞生，从此电子技术向两个分支发展。一支是以晶体管集成电路为核心形成对信息处理的微电子技术，其发展特点是集成度愈来愈高，集成规模越来越大，功能越来越全。另一支是以晶闸管为核心形成对电力处理的电力电子技术，其发展特点是晶闸管的派生器件越来越多，功率越来越大，性能越来越好。
传统的电力电子器件已发展到相当成熟的阶段，但在实际中却存在两个制约其继续发展的致命因素。一是控制功能上的欠缺，因为通过门极只能控制其开通而不能控制其关断，属于半控型器件。二是此类器件立足于分立元件结构，开通损耗大，工作频率难以提高，一般情况下难以高于400Hz，因而大大地限制了其应用范围。因此，半控制器件的发展已处于停滞状态。
到了70 年代末，可关断晶闸管(GTO)器件日趋成熟，标志着电力电子器件已经从半控型器件发展到全控制型器件。进入80 年代以后，伴随着GTO器件的发展及成熟，MOS 器件的开发则繁花似锦。绝缘栅双极晶体管(IGBT)独占鳌头。至此电力电子器件又从电流控制型器件发展到电压控制型器件。90 年代，电力电子器件又在向智能化、模块化方向发展，力求将电力器件与驱动电路、保护电路、检测电路等集成在一个芯片或模块内，使装置更趋小型化、智能化，其典型器件是IPM。而IGCT 器件既具有IGBT 器件的开关特性，同时又具有GTO 器件的导通特性，且制造成本较低(与GTO和IGBT相比)，可以获得和GTO晶闸管一样的产量，即其集IGBT与GTO二者优势于一身，预计今后会在更多的
工业和牵引领域中发挥作用。
总之，电力电子器件的发展经历了从半控到全控、从电流控制型到电压控制型、从单个元件到模块化再到智能化的发展过程。
1.2电气牵引控制技术的发展
1.2.1 牵引/ 制动特性
轨道运输装备的牵引/ 制动特性是其最基本、最重要的性能，是运输装备设计首要考虑的重要因素之一，它包括了运输装备的持续运行速度、最高运行速度、牵引/制动力特性以及装备的加速性能，以满足铁路运输的需求。在轨道运输装备减速制动时通常优先采用再生制动，将电机回馈的电能通过变流装置回馈给电网，达到绿色环保节能的目的。在系统研究与实际工程应用中，采用高功率密度变流装置、变压器、牵引电机和直接转矩控制等先进电机控制策略，在实现对电机的牵引/ 制动特性准确控制的同时，获得毫秒级的转矩阶跃动态响应性能。
电气牵引传动粗分为以下几种方式：
1）直流电网供电——直流电动机传动，即直——直传动。
2）直流供电——交流异步传动，即直——交传动。
3）单相交流供电——直流（脉流）电动机传动，即交——直传动。
4）单相交流供电——三相交流异步电动机传动, 即交——交传动。
1.3 控制技术
1.3.1 PWM控制技术
脉冲宽度调制技术（PWM）是现代变流技术广泛应用的起点，是奠定绿色变频节能的基础。其通过改变输出脉冲的占空比来实现等效的输出电压与频率，从而实现交流到直流，直流到交流的能量变换。通常采用的空间矢量脉宽调制（SVPWM）技术在三相对称正弦波电压供电时，以合成旋转的空间电压矢量为参考，三相逆变器8 种不同开关模式电压矢量合成参考电压矢量，形成PWM波。
1.3.2 传动控制技术
传动控制技术是牵引传动系统的核心技术，传动控制技术已经由转差电流控制发展成矢量控制和直接转矩控制等。
1）转差电流控制技术
转差电流控制技术是一种早期的用于控制交流异步电机的方法，基于异步电
动机的稳态数学模型，控制性能远不能与直流调速系统相媲美，系统的动态性能差。
2）矢量控制技术
矢量控制，又称为磁场定向控制（FOC），其基本原理是将异步电动机的定子电流正交分解为产生磁场的电流分量（励磁电流）和产生转矩的电流分量（转矩电流）分别加以控制，并同时控制两分量的幅值，从而达到控制异步电动机转矩的目的。矢量控制策略存在一些固有缺点，比如转子磁链难以准确观测，对电机参数比较敏感，实际工程应用时矢量控制必须具备异步电动机参数自动辨识功能。与直接转矩控制相比，矢量控制具有直接的电流闭环控制特点，电流控制的稳定性高，有独立的PWM调制单元，决定其转矩控制结果是一个开关周期内的平均值。如果在大功率低开关频率应用时，高速区必须采用同步调制技术。同步调制技术与直接转矩控制相比，开关频率利用不充分，在逆变器峰值电流、电机谐波损耗、转矩脉动、直流侧电流谐波等重要性能指标上比直接转矩控制差。而直接转矩控制PWM调制在磁链和转矩控制中直接实现，转矩动态性能高，但在低速高开关频率区性能比矢量控制差。通常在小功率高开关频率场合应用矢量控制，在大功率低开关频率场合应用直接转矩控制。
3）直接转矩控制技术
直接转矩控制技术是继矢量控制技术之后发展起来的一种高性能异步电动机变频调速技术。与矢量控制不同，直接转矩控制通过直接控制转矩和磁链来间接控制电流，不需要复杂的坐标变换，因此具有控制结构简单、转矩响应快以及对参数鲁棒性好等优点，它在很大程度上解决了矢量控制中结构复杂、计算量大、对参数变化敏感等问题。直接转矩控制可以充分利用逆变器的开关频率，从而特别适用于大功率牵引传动领域。
2 轨道车辆牵引领域电力电子器件的应用
2.1 电力电子器件在轨道车辆牵引中的应用发展
80 年代以前，在轨道车辆牵引领域，电力电子器件主要用于直流传动系统中的整流器和斩波器以及辅助传动系统。电力电子器件主要是晶闸管。
进入80 年代以后，随着交流传动技术日趋成熟，电力电子器件又有了新的用武之地，其在牵引领域的应用主要包括：整流器、斩波器、电力制动、逆变器
以及辅助传动系统。这一时期在这些应用领域采用的电力电子器件主要是晶闸管和GTO。
进入90 年代以后，交流传动在电力机车、内燃机车及动车组上得以大量地推广应用，使电力电子器件在轨道车辆牵引领域中有了更广阔的应用前景。这一时期其在牵引领域的应用主要是牵引变流器，主要采用的电力电子器件是GTO 和IGBT。
根据电力电子器件的发展现状及趋势，预计在今后几年，电力电子器件将在以下方面取得进展：
(1)已进入实用化的全控型器件将在功率等级、易于驱动和更高工作频率这三个方面继续改善和提高。
(2)由于MCT、IGBT、IGCT 等器件的大容量化及实用化，在更多的领域，IGBT 和IGCT 将取代GTO。
(3)IGCT 等新型混合器件将逐步得以推广应用。
(4)功率集成电路将会有更进一步的发展。这将预示着电力电子技术将跃入一个新的时代。
(5)新型半导体材料SiC 的问世，将预示着在不远的将来会诞生一种集高耐压、大电流、高开关速度、无吸收电路、简单的门极驱动、低损耗等所有优点于一身的新型SiC 电力器件。
2.2 IGBT在轨道车辆牵引变流器的应用
由于IGBT 器件属电压驱动的全控型开关器件，脉冲开关频率高，性能好，损耗小，且自保护能力也强。为此，目前世界上无论是干线铁路还是城市轨道的电动车辆的电气系统中均采用IGBT 模块来构成。随着IGBT 性能的迅速发展，IGBT 模块的电压等级和电流容量在不断提高，从1991 年生产出了小型IGBT 模块，其电压等级为1200V/300A，很快取代了在工业上通用变频器中所用的双极型晶体管;1993年出现了1700V/300A 的IGBT，并已开始在城市电车上获得推广应用;到2000 年后更出现了1700V/2400A , 3300V/1200A和6500V/600A的高压IGBT，这些高压HV IGBT 很快地应用到铁道与城市地铁轻轨车辆中，由于其性能优越，加之其为绝缘型模块，整机的结构设计紧凑轻巧，且采用了低感母线技术与软门极的驱动技术并解决了热循环的寿命问题，目前，HV IGBT 模块
已成为轨道电力牵引系统中应用的主导元件。随着城市发展，城轨交通供电网压制也从早期的600V DC 和750V DC 发展为1500V DC 网压制，以适应大城市大客流量发展的需要。网压的提高对电力电子器件的电压等级提出了更高的要求，IGBT 模块的电压等级也从1200V 发展到L700V, 3300V 以及4500V和6500V电压等级水平。
3 轨道车辆牵引变流器的发展
3.1 车辆用IGBT 逆变器的开发
当电压等级不够高时，在德国和日本曾用1200V 和1700V 等级IGBT 构成三点式(三电平)逆变器用于750V和1500V 电网。随着新一代IGBT 迅速发展，尤其是3300V 等级IGBT 的批量生产，用这类电压等级的模块(器件)构成两电平(两点式)逆变器能够满足在3300V 电网当中的应用，因而在上世纪末国外生产的地铁轻轨电动车辆以及部分干线电力机车动车都已采用这类高压HV IGBT 模块。虽然三电平逆变器较两电平逆变器具有输出波形好、脉冲频率低、电压上升率也低及损耗小等优点，但是其主电路结构复杂，所用器件多出一倍，这是它不足之点。所以在城轨车辆中目前都采用IGBT 构成的两电平逆变器，而在干线电力机车中，采用4500V 等级或6500V等级的HV IGBT 来构成两电平逆变器。当然，由于三电平逆变器输出的谐波分量低的突出优点，目前在日本仍有不少的应用。
3.2 无吸收电路式逆变器
在轨道车辆上要求结构紧凑、重量轻和体积小的装置，采用绝缘式IGBT 模块比那些非绝缘式的GTO 器件就更能体现出满足这一要求的特点。通过采用低感母线技术以尽量降低母线的寄生电感来达到抑制关断时的尖峰电压的目的，使逆变器可以取消吸收电路，这样进一步简化了结构，减轻了重量，缩小了体积。在1500V网压下，采用上述技术可以使其尖峰电能押制在2300V以内。应用了低感母线技术的主电路结构不仅在器件数量上有明显减少，而且重量和损耗也降低了。
3.3 软门极驱动技术
一般高压IGBT 模块在关断时其电压上升率陡峭可达5000V/μS，通过应用软门极驱动技术可以大大抑制电压上升率dV/dt，将其降低到2000V/ μS, 尖峰
电压也控制2300V 之内。此外，这电压上升率dV/dt 的降低对装置中工作的各类器件都是大为有利的。由于采用了软门极驱动技术同时也降低了IGBT 的损耗。
4 未来技术的发展
4.1 功率器件
碳化硅（SiC）是一种物理化学特性仅次于金刚石的化合物半导体材料，有着非常优秀的物理特性。可极大地提高电力电子变换器的效率，使各类变换器的体积减少到原来的5%~20%，具有耐高压（达数万伏）、耐高温（大于500 ℃）的特性,被公认为是下一代电力电子器件的最佳候选者之一。
4.2 无线传输技术
现代高速列车通过车—地信息网络来达到安全运行的要求。随着无线技术的日益发展，无线技术应用越来越被各行各业所接受。通过采用先进的无线局域网(LAN)和GPRS/GSM无线通信技术实现快捷的信息处理；采用无线通信方式实现高速列车远程监控技术；采用无线通信方式实现远程列车设备检修数据库的访问技术等，从而摆脱地面设备的束缚，实现实时列车状态的跟踪运行。
4.3 新一代传动控制技术
4.3.1 永磁驱动及控制技术
与异步电机相比，永磁同步电机具有高能流密度、高功率因数、高效率、体积小、重量轻等特点，与同容量的异步电机相比，永磁同步电机的体积和重量大约能减少15%～30%左右；转速平稳、过载能力强；噪声低，可靠性高；结构多样化，应用范围广。永磁同步电机将在未来取代异步电机，成为轨道牵引传动的主流牵引电机。近年来对永磁驱动及控制技术进行了大量研究，小功率的永磁驱动技术已经在电动汽车上批量装车应用，正针对“500 km/h高速动车组”项目进行大功率永磁驱动及控制技术的研究。
4.3.2 无速度传感器控制技术
无速度传感器控制技术可减小牵引电机的体积和传感器故障的发生率，大大提高了传动控制单元的系统可靠性。省掉速度传感器及连接电缆的费用，节约了成本。无速度传感器控制系统近年来已成为交流传动控制研究的热点。目前，已经成功完成了异步电机无速度传感器技术的理论研究与地面试验，攻克了逆变器
保护封锁后的带速度重投、极低速定子零频附近的额定转矩发挥以及再生制动状态等技术难题，正在积极进行工程化的应用研究。
4.3.3 现代控制技术改进
无论是矢量控制技术，还是直接转矩控制技术，在对于电机参数可能发生的变化时，都会影响变频器对电机的控制性能。自适应控制器可以根据对受控对象在工作过程中不断检测的系统状态参数或性能指标的变化情况，自行修正控制参数或控制作用以适应环境和对象本身的动态变化，保证系统始终在最优或次最优的工作状态下。目前，正在积极采用自适应控制技术进行电机参数自辨识技术的研究，不断提高传动控制的性能。
4.4 功率模块的集成化
随着功率电子器件、功率电子设备以及变流技术向着模块化方向发展，使得功率模块的功能、通用性以及性能越来越强。已成功完成了IGBT、IGCT以及高压大功率晶闸管的模块化集成工作，成功解决了各类模块化器件在集成过程中产生的控制、驱动以及故障保护检测等问题，正朝着体积更小、重量更轻、功率更高、效率更高的方向发展。
5 总结
通过对轨道交通牵引技术以及控制技术发展的了解，我们看出电力电子技术发展对轨道交通牵引系统的重要影响。
6 参考文献
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城市轨道交通牵引供电系统复习资料 第一章电力牵引供电系统概述 1、电力牵引的制式概念： 供电系统向电动车辆或电力机车供电所采用的电流或电压制式，包括直流/交流制、电压等级、交流电频率、交流制中单相/三相等问题。 2、电力牵引系统性能要求： ①启动加速性能：启动力矩大，加速平稳； ②动力设备容量利用充分：轻载时，运行速度高；重载时，运行速度可以低一些。功率容量 P=FV近似于常数； ③调速性能：速度调节容易实现，能量损耗小。 满足上述条件：直流串激（串励）电动机。 3、直流串励电动机优缺点： 通过串联电阻调速，原理简单，调速范围宽，供电系统电压损失和能量消耗较大，而且需要换向。 4、城市轨道交通牵引制式：直流供电制式。 城市轨道机车功率不大，供电半径小，城市之间运营供电电压不能太高，以确保安全。我国国标规定采用750V 和1500V直流供电两种制式，不推荐600V。 5、城市轨道交通电力牵引供电系统组成：发电厂（站）、升压变压器、电力网（110-220KV）、主降压变电站（110~220KV→10~35KV）、直流牵引变电所（10~35KV→1500、750V）、馈电线、接触网、走行轨道、回流线。 6、组成统一的电力供电系统的优点： ①充分利用动力资源；②减少燃料运输；③提高供电可靠性；④提高发电效率。 7、环形供电接线：由两个或两个以上主降压变电站和所有的牵引变电所用输电线联成一个环行。 8、环形供电接线的优缺点：环行供电是很可靠的供电线路，因为在这种情况下，一路输电线和一个主降压变电站同时停止工作时，只要其母线仍保持通电，就不致中断任何一个牵引变电所的正常
供电。但其投资较大。 9、双边供电接线：由两个主降压变电站向沿线牵引变电所供电，通往牵引变电所的输电线都经过其母线联接，为了增加供电的可靠性．用双路输电线供电，而每路按输送功率计算。这种接线可靠性稍低于环行供电。当引入线数目较多时，开关设备多，投资增加。 10、电网向牵引变电所供电形式：环形供电接线、双边供电接线、单边供电接线、辐射形供电接线。 11、最简单单相半波整流： 12、单相半波整流原理：13、单相全波整流原理： 14、三相半波整流原理：
轨道交通牵引供电系统综述 在各行各业不断发展的今天，轨道交通扮演了非常重要的角色，可以说轨道交通已经成为了现如今生活生产中必不可少的一项组成内容。在轨道交通系统中，牵引系统是重要的组成内容，所以也是轨道交通研究人员重点关注的内容。为了进一步保证轨道交通系统的安全性和可靠性，本文将就轨道交通牵引供电系统展开论述。 标签：轨道交通；牵引供电；供电系统 1 牵引变压器 1.1 普通铁路牵引变压器 普通铁路牵引变电所内的牵引变压器设置了两台，一旦其中一台出现故障那么另一台将启动保证正常供电。原变压电压等级主要是以110kv为主，电气化铁路牵引变电器多选择V/v接线的方式，有时在交大外部电源容量时会采用单相接线形式变压器。 1.2 高速铁路牵引变压器 我国的高速铁路通常采用的是V/x接线牵引变压器。这种牵引变压器方式的构成主要是两台单相变压器，变压器分别和接触网和负馈线连接，中间抽头和钢轨连接。 2 牵引供电系统 2.1 牵引变电站 2.1.1 牵引变电站位置确定 牵引变电站与车站内的降压变电站一起组成牵引降压混合变电站，然而并不是每个车站都是牵引降压混合变电站。它的设置取决于牵引系统网络结构、牵引网电压等级、牵引网电压损失、供电质量，并涉及到杂散电流防护、线路能耗、土建造价及运营维护等因素。 2.1.2 牵引变电站设备 牵引变电站的主要设备是27.5kV开关柜、整流变、整流器、直流1500V正负母排、直流高速开关。27.5kV开关柜应选用SF6绝缘全封闭组合电器，以减少占地面积。27.5kV开关柜进线还配有避雷器，防止雷电波入侵。整流器组由24个整流二极管与24个保护二极管组成，每个牵引变电站有两套整流器组，每套整流器为6相12脉波整流，单独运行时输出的为12脉波的脉动电流，两套并
1牵引供电系统：从主降压变电站（当它不属于电力部门时）及其以后部分统称“牵引供电系统” 2杂散电流：绝大多数电力牵引轨道交通线路是以走行轨为其回路的，由于钢轨大地之间不是绝缘的，因此回流电流必有部分经大地回牵引所，这部分电流因土壤的导电性质，地下管道位置不同，可以分布很广，故称杂散电流。 3.GIS：六氟化硫全封闭组合电器，它是在六氟化硫断路器的基础上把各种控制保护电器全部封装的组合电器设备。 4远动控制：又称遥控即在远离变电所（执行端）的电气设备进行控制。 5距离控制:即在主控制室内对变电所的一次设备集中进行控制监测，开关位置信号-中央信号以及继电保护装置等都配置在主控制室的屏台上，便于监视和管理运行。 6安装接线图：为二次设备的制造安装或调试检修而专门绘制的安装图 7二次原理图：也称归总式原理图，用来表示二次设备中的监视仪表，控制与信号，保护和自动装置等的工作原理图。 一．简述断路器的主要功能？答：断路器又叫高压开关，断路器不仅可以切断和闭合高压电路的空载电流和负载电流，而且，当系统发生故障时，它与保护装置相配合，可以迅速地切断故障电流，以减少停电范围，防止事故扩大，保证系统的安全运行。 二．简述地铁动力照明结构及功能？答： 三．简述直流牵引所的保护？答： 四．接触网设计过程中应满足什么要求？答：1.接触网 悬挂应弹性均匀高度一致， 在高速行车和恶习的气象 条件下，能保证正常取。2. 接触网结构应力求简单，并 保证在施工和运营检修方 面具有充分的可靠性和灵 活性。3.接触网寿命应尽量 长，具有足够的耐磨性和抗 腐蚀能力。4.接触网的建设 应注意节约有色金属及其 他贵重材料，以降低成本。 五．简述地面架空接触网组 成及功能？答：架空式接触 网由接触悬挂，支撑装置， 支柱与基础设施几大部分 组成。接触悬挂是将电能传 导给电动车组的供电设备。 支持装置用来支持悬挂，并 将悬挂的负荷传递给支柱 和固定装置。支柱与基础用 以承受接触悬挂和支撑装 置所传递的负荷（包括自身 重量），并将接触线悬挂固 定在一定高度。 六．简述地下迷流防护措 施？答：在电力牵引方面： 提高供电电压，减小牵引所 距离，采用双边供电，减小 钢轨电阻，增加回流线减少 回流电阻，增加到道泄漏电 阻，定期检测。在埋设金属 管方面:尽量远离，在金属表 面或接头处采用绝缘，采用 防电蚀电缆线路，在电缆上 包铜线套钢管，在地下管道 涂沥青包油毡，设排流装 置。 七．牵引变电所计算需要的 参数有那些？答：1.馈电线 及牵引变电所的平均电流， 有效电流，最大电流；2.电 动车辆或机车在供电区段 内运行时的平均电压损失 及最大电压损失；3.接触网 中平均功率损失等 八．高压控制电路构成及作 用？答：主要由控制元件， 中间放大元件与继电器以 及操作机构等几部分组成。 1控制元件：运行人员用来 发出开关跳，合闸操作命令 的操作按钮。2 中间放大元 件与继电器：将控制元件的 操作命令转化成高压开关 的电磁操作机构所需要的 大电流。3操作机构;直接对 高压开关进行分，合闸操 作。 九．电气主接线的要求是？ 答：可靠性:保证在各种运行 方式下，牵引负荷以及其他 动力的供电连续性。灵活 性：在系统故障或变电所设 备故障和检修时，能适应调 度的要求，灵活便捷迅速地 改变运行方式，且故障影响 的范围最小。安全性：保证 在进行一切操作切换时，工 作人员和设备的安全以及 能在安全条件下进行维护 检修工作。经济性应使主接 线投资与运行费用达到经 济合理。 十．简述断路器控制回路的 要求？答;1高压开关的合 跳闸回路是按短路通过大 电流脉冲来设计的。操作或 自动合跳闸完成后，应迅速 自动断开跳合闸回路以免 烧损线圈。2控制回路应能 在控制室由控制开关控制 进行手动跳合闸，又能在自 动装置和继电保护作用下 自动合闸或跳闸，同时能由 远方调度中心发送控制命 令进行跳合闸。3应具有高 压开关位置状态的信号，事 故跳闸与自动合闸的闪光 信号。4.具有防止断路器多 次合跳闸的“防跳”装置。 5.采用液压和气压操作的机 构，跳合闸操作回路中应分 别设有液压和气压闭锁，在 低于规定标准压力情况下， 闭锁操作回路。断路器和隔 离开关配合使用时，应有防 误操作的闭锁措施。6.对跳 合闸回路及其电源的完好 性，应能进行监视。
牵引供电系统简介 一、系统功能 牵引供电系统的主要功能是：将地方电力系统的电源（交流电气化铁路:AC110 kV或AC2２０kV，城市轨道交通:中心变电所AC22０ｋＶ或AC１1０kＶ→AC35kV环网)引入牵引供电系统的牵引变电所,通过牵引变压器变压为适合电力机车运行的电压制式（交流电气化铁路:AＣ２5kV或AC2×２5kV，城市轨道交通：DＣ75０V、DＣ150０Ｖ或DＣ3000V）,向电力机车提供连续电能。 电力牵引负荷为一级负荷,引入牵引变电所的外部电源应为两回独力可靠的电源，并互为热备用,能够实现自动切换。 交流电气化铁路及城市轨道交通牵引供电系统简图分别如图1．１和图１.2所示。 图1.1 交流电气化铁路牵引供电系统 图1.２城市轨道交通牵引供电系统
二、牵引网供电方式 1.交流电气化铁路 交流电气化铁路牵引网供电方式大体上可分为三种:直接供电方式（包括带回流线的直接供电方式)、BＴ供电方式和AT供电方式。 （1）直接供电方式 直接供电方式又可分为不带回流线直接供电方式(图２.1)和带回流线的直接供电方式(图２.2)两种。 图2.1 不带回流线的直接供电方式 图2．2 带回流线的直接供电方式 不带回流线的直接供电方式在我国早期的电气化铁路中采用，机车电流完全通过钢轨和大地流回牵引变电所，牵引网本身不具备防干扰功能。在接地方面，每根支柱需单独接地(设接地极或通过火花间隙)，或者通过架空地线实现集中接地(架空地线不与信号扼流圈中性点连接）。 带回流线的直接供电方式,机车电流一部分通过钢轨和大地流回牵引变电所(约7０%），其余通过回流线流回牵引变电所(约３0%)。由于流经接触网的电流和流经回流线的电流虽然大小不等，单方向相反，且安装高度比较接近，两者对铁路沿线通讯设施的电磁干扰影响趋于抵消，因此牵引网本身具备防干扰功能。在接地方面，接触网支柱通过回流线实现集中接地，回流线每隔一个闭塞分区通过吸上线(铝芯或铜芯电缆，常用VLV－70和2xVＬＶ－１５0)与信号扼流圈中性点连接(吸上线间距3～4kｍ)。
牵引供电系统简介 （丁为民） 一、系统功能 牵引供电系统的主要功能是：将地方电力系统的电源（交流电气化铁路： AC110 kV或AC220kV ，城市轨道交通：中心变电所AC220kV 或AC110kV →AC35 kV 环网）引入牵引供电系统的牵引变电所，通过牵引变压器变压为适合电力机车运行的电压制式（交流电气化铁路：AC25kV 或AC2×25kV ，城市轨道交通：DC750V 、DC1500V 或DC3000V ），向电力机车提供连续电能。 电力牵引负荷为一级负荷，引入牵引变电所的外部电源应为两回独力可靠的电源，并互为热备用，能够实现自动切换。 交流电气化铁路及城市轨道交通牵引供电系统简图分别如图1.1和图1.2所示。 图1.1 交流电气化铁路牵引供电系统
图1.2 城市轨道交通牵引供电系统 二、牵引网供电方式 1. 交流电气化铁路 交流电气化铁路牵引网供电方式大体上可分为三种：直接供电方式（包括带回流线的直接供电方式）、BT 供电方式和AT 供电方式。 （1）直接供电方式 直接供电方式又可分为不带回流线直接供电方式(图2.1 和带回流线的直接供电方式(图2.2 两种。 图2.1 不带回流线的直接供电方式
图2.2 带回流线的直接供电方式 不带回流线的直接供电方式在我国早期的电气化铁路中采用，机车电流完全通过钢轨和大地流回牵引变电所，牵引网本身不具备防干扰功能。在接地方面，每根支柱需单独接地（设接地极或通过火花间隙），或者通过架空地线实现集中接地（架空地线不与信号扼流圈中性点连接）。 带回流线的直接供电方式，机车电流一部分通过钢轨和大地流回牵引变电所（约70%），其余通过回流线流回牵引变电所（约30%）。由于流经接触网的电流和流经回流线的电流虽然大小不等，单方向相反，且安装高度比较接近，两者对铁路沿线通讯设施的电磁干扰影响趋于抵消，因此牵引网本身具备防干扰功能。在接地方面，接触网支柱通过回流线实现集中接地，回流线每隔一个闭塞分区通过吸上线（铝芯或铜芯电缆，常用VLV-70和2xVLV-150）与信号扼流圈中性点连接（吸上线间距3～4km ）。 （2） BT 供电方式 BT （Boost Transformer）供电方式又称吸流变压器供电方式，也是在我国早期电气化铁路中有采用，其主要目的是为了提高牵引网防干扰能力，但随着通讯线路电缆化和光缆化，防干扰矛盾越来越不突出，其生命力也已大大降低，该种供电
第38卷第8期电力系统保护与控制Vol.38 No.8 2010年4月16日Power System Protection and Control Apr.16, 2010 城市轨道交通交直流统一的牵引供电计算 刘 炜，李群湛，陈民武 (西南交通大学电气工程学院，四川 成都 610031) 摘要：针对城轨牵引供电计算现状，即一般将交流系统等效至直流侧进行计算或者交直流侧分开迭代，简化了交直流系统的内在联系，在一定程度上影响计算的精度，探讨了一种基于整流机组模型的城轨牵引供电系统交直流统一的牵引供电计算方法，并采用改进的牛顿-拉夫逊法和高斯-赛德尔法求解，利用10节点直流牵引供电系统进行了验证。提出的交直流统一的牵引供电计算方法已成功应用在城轨牵引供电仿真系统中。 关键词: 城市轨道；牵引供电计算；仿真分析 Study of unified AC / DC power flow in DC traction power supply system LIU Wei, LI Qun-zhan, CHEN Min-wu (School of Electric Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China) Abstract：Traditional power flow for DC traction power supply system usually carries out at DC traction side or executes separately at AC/DC sides, which simplifies the internal relationship and reduces the calculation precision. Through analyzing the model of parallel-connected 12 pulse uncontrolled rectifier, a unified AC/DC power flow for DC traction power system based on improved Newton-Raphson method and Gauss-Seidel method is discussed and applied in 10-node hybrid traction power supply system for practical verification. The unified AC/DC power flow algorithm has been successfully applied in simulation system of DC traction power supply system. Key words：urban railway; traction power calculation; simulation analysis 中图分类号： U231.92; TP391 文献标识码：A 文章编号： 1674-3415(2010)08-0128-06 0 引言 牵引供电计算在城轨供电系统的设计工作中占有极其重要的地位，是进行供电系统设计必须的一项工作，它关系到供电系统构成、牵引供电方式、变电所设置等多项系统设计的关键因素。 国内外众多学者对城轨牵引供电计算进行了深入的研究。Tylavsky对6脉波整流机组建立功率电压方程，采用牛顿-拉夫逊法求解牵引供电系统交直流混合潮流[1]。Yii-Shen Tzeng指出直流牵引供电系统中R/X较大，忽略换相电阻会导致潮流计算误差，其建立的6脉波整流机组模型中详细考虑了换相电阻和精确的基波电流，并提出一种城市轨道交直流统一的潮流计算方法[2]。蔡炎等建立了考虑复杂地网模型的多支路直流牵引供电网络模型，并采用节点电压法进行数值求解[3]。C.S.Chen，Y.S Tzeng分析了12脉波整流机组带平衡电抗器和不带平衡电抗器，各工作模式下的基波、谐波数学模型[4-5]。王晓东基于CAD技术、电路网络理论提出了一种城轨牵引供电系统仿真方法，这种研究方法成功应用在上海地铁1号线、2号线、东方明珠线的牵引供电系统研究中[6]。于松伟、史凤丽建立了牵引网动态模型，采用回路法求解牵引供电系统，并开发了城市轨道交通牵引供电仿真软件URTPS[7]。刘海东将列车牵引计算和供电计算结合，建立了实时计算牵引变电所负荷过程的供电仿真系统[8]。刘学军提出了城轨牵引供电计算的RS模型及其算法[9]。 目前比较成熟的直流牵引供电系统仿真分析软件有Carnegie-Mellon大学的EMM [10]；ELBAS针对城轨牵引供电系统仿真的SINANET [11]，该系统国内设计院均有引进。国内的一些设计院和科研所也自行研发了仿真分析设计软件。 城轨牵引供电计算一般将交流侧等效至直流侧进行或者交、直流侧分开迭代。实际上城轨供电系统是一混合系统，交直流互相耦合，相互影响。本文在12脉波整流机组模型的基础上，提出城市轨道
城市轨道交通电力牵引 复习 Pleasure Group Office【T985AB-B866SYT-B182C-BS682T-STT18】
城市轨道交通电力牵引复习资料第一章牵引理论基础 1、目前，绝大多数城市轨道交通车辆属于钢轮钢轨式，运行的任何一种工况，都依赖于车轮和钢轨的相互作用力。在钢轮钢轨式城市轨道交通车辆中，牵引动力由牵引电动机通过传动机构，传递给动车的动力轮对(动轮)，由车轮和钢轨的相互作用，产生使车辆运动的反作用力。 2、空转：因驱动转矩过大，破坏粘着关系，使轮轨间出现相对滑动的现象，称为“空转”。 3、粘着：由于正压力而保持动轮与钢轨接触处相对静止的现象称为“粘着”。 4、蠕滑：在动轮正压力的作用下，轮轨接触处产生弹性变形，形成椭圆形的接触面。从微观上看，两接触面是粗糙不平的。由于切向力的作用，动轮在钢轨上滚动时，车轮和钢轨的粗糙接触面产生新弹性变形，接触面间出现微量滑动，即“蠕滑”。 5、蠕滑速度：由于蠕滑的存在，牵引时动轮的波动圆周速度将比其前进速度高，速度差称为蠕滑速度，用蠕滑率表示。σ=ωR i?v ，式中v—动轮的前进速度；ω—动轮的转 v 动角速度。 6、论述：粘着系数与改善粘着的方法。（P5） （一）影响粘着系数的重要因素：①动轮踏面与钢轨表面状态；②线路质量；③车辆运行速度和状态；④动车有关部件的状态。 （二）改善粘着的方法：①修正轮轨表面接触条件，改善轮轨表面不清洁状态；②试法改善轨道车辆的悬挂系统，以减轻轮对减载带来的不利影响。常用的措施：撒沙、清洗轨道、打磨钢轨，改进匝瓦材料如用增粘匝瓦，改善车辆悬挂减少轴重转移。
地铁牵引传动系统 进入21世纪以来，随着我国现代化建设和社会经济的飞速发展，现代城市人口大量增加、地域不断扩大，城市交通堵塞问题日益突出，交通事故、噪音和空气污染等影响着人们的工作和生活。轨道交通在优化城市空间结构、缓解城市交通拥挤、保护环境等方面均显示出积极促进作用，已日益成为中国走新型城镇化道路的重要战略举措。伴随着中国城市化进程的加快，城市交通需求剧增，城市轨道交通也进入高速发展时期。地铁作为城市快速轨道交通的一种工具，因其具有运量大、快捷、安全、舒适、乘坐方便、对环境污染少、占地面积小等诸多优点而受到越来越多城市的青睐。 车辆是地铁运输的主要载体，由于科技的高速发展，高性能的交流传动系统(牵引系统)己广泛应用于地铁车辆。据统计，欧美、日本等城市轨道交通技术强国，自20世纪90年代以来设计的地铁车辆全部采用IGBT或IPM的VVVF交流传动装置，极大地提升了地铁车辆在牵引、制动方面的动力性能。地铁车辆对牵引传动系统的安全性、可靠性、稳定性要求很高，由于各种历史原因，国内对地铁车辆交流传动系统的研究起步较晚，我国最早期的交流传动地铁列车都是整车进口的，但是，大量采用国外的变流器产品，不仅对我国轨道交通行业的发展极为不利，还会导致将来地铁车辆(一般地铁电气设备的使用寿命为30年)运营维护及维修成本提高。随着科技的发展和研究的不断深入，我们国家在装备制造方面已具备了一定的生产能力和技术基础，已经可以实现车体、空调、转向架、车钩、车门、乘客信息系统、ATO等列车重要部件的国产化，但是像牵引传动系统这样的关键部件，虽然取得一定进展，可是与国际先进水平相比，仍存在差距，国内已建或在建的地铁项目中，鲜有应用国产牵引变流设备的先例。 地铁车辆的运行条件与干线铁路/高速动车有很大差异。地铁车辆以动、拖车固定编组方式运行，站间距短，停靠站数多，区间运行时分少，要求列车动力性能优越，有较强的短时过载、断续工作能力;而大铁路的动力配置则关注城际间长距离的恒速/恒功率稳定运行，因此地铁不能像大铁路那样来进行牵引动力性能配置，这对地铁建设投资、列车服役寿命以及降低运营成本等方面均有重要影响。无论是地铁列车还是干线大铁路，其动力性能的发挥都是依靠牵引传动系统实现的，然而地铁车辆独特的运行特征决定了其牵引传动系统设计，可以借鉴
第39卷第8期2011年8月 同济大学学报(自然科学版) JO URNAL OF TON GJI UNIVERSITY(NATURAL SCIEN CE)Vol.39No .8 Aug.2011 文章编号:0253-374X(2011)08-1161-06DO I :10.3969/j.issn.0253-374x.2011.08.011 收稿日期:2010-07-01 基金项目:国家自然科学基金(50877054);上海市科委重大专项子课题(10dz1200205) 第一作者:韦 莉(1982)),女,工学博士,主要研究方向为城市轨道交通供电与车辆系统建模与仿真、城轨供电安全与节能技术. E -mail:w eili029@https://www.doczj.com/doc/e04909779.html, 通讯作者:张逸成(1951)),男,教授,博士生导师,工学博士,主要研究方向为新型智能电气设备及控制、电磁场理论及应用. E -mail:kz jc@https://www.doczj.com/doc/e04909779.html, 城市轨道交通牵引系统仿真技术研究 韦 莉1,张逸成1,达世鹏2,沈小军1 1.同济大学电子与信息工程学院,上海201804; 2.上海申通地铁集团有限公司维护保障中心供电分公司,上海200031) 摘要:回顾了国内外城市轨道交通系统仿真技术的发展现状,详细阐述了现有仿真系统存在的模型建立不够精确、列车与供电系统间的相互影响考虑不全面等问题导致仿真结果与实际偏差较大的特点,并从车辆与牵引供电网电气交互的角度仿真分析了列车的运行特性,说明牵引网电压变化对车辆牵引性能的影响,最后指出为研究城轨系统的实际运行特性,应进行车网结合的多列车、多工况动态联合仿真,同时还应开展通用仿真平台的研究,并提出使用P SCA D/EM T DC 与M A T L A B 集成作为仿真开发平台. 关键词:城市轨道交通;牵引供电;车辆;仿真软件;系统模型;联合仿真中图分类号:U 239.5 文献标识码:A Study of Simulation Technology for Traction Power System of Urban Rail Transit WEI Li 1 ,ZHANG Yicheng 1 ,DA Shipen g 2 ,SHEN Xiaojun 1 (1.Co lle ge of Elec tronics a nd Info rma tion, Tongji University, Sha nghai 201804,China ;2.The Pow er Supply Branc h of Rail Tra ffic Mainte nanc e Supp ort C enter of Sha nghai She ntong Metro Group Co.,Ltd.,Shangha i 200031,C hina ) Abstract :This paper first reviews the development sta tus of domestic and international simulation technology for urban ra il transit system,a nd desc ribes in detail the shortcomings of existing simulation systems such a s less accurate models and incomprehensive consideration of the interaction between train a nd tra ction power system,leading to large devia tion of simulation result compared with prac tical experiment. Simulation of elec trical interaction between train and traction system shows that the trac tion performanc e of the train is influenced by the va riation of overhead line .s voltage.Fina lly,in order to have a ful-l scale reflec tion on the c haracteristics of urban rail transit system that dynamic simulation whic h c ombines mult-i train with mult-i working mode is demanded,an d th e study o f a general simulation platform should also be c arried out.It is proposed that the integration of PSCAD/EMTDC and Matlab can be used for developin g the platform.Key wo rds :urban rail transit; traction power; train; sim ulation software;system model;joint -simulation 随着城市建设规模的扩大和城市人口的增多,交通拥挤、出行不便以及随之而来的环境污染等问 题严重影响着城市生活质量.城市轨道交通以其快速、安全、准时、无污染以及载客量大等特点而成为解决大中型城市交通问题的首选方案[1].近几年国家在轨道交通的投入大幅增加,城市轨道交通大发展的时期已经到来.截至2008年9月,中国城市轨道交通运营里程已经达到775.6km.全国/十一五0期间计划建设1500km 左右轨道交通,总投资额在4000~5000亿人民币,全国48个百万人口以上的大城市中已有30多个城市开展了城市轨道交通的建设或筹建工作[2] . 在城市轨道交通飞速发展的同时,一些问题也不断显现.如随着客运量的激增,地铁在高峰时段超负荷运行时变电站直流开关和车辆高速开关跳闸的问题时有发生,严重影响了安全运营 [3] .要从根本上 探明这些问题发生的原因,须从整个牵引供电系统角度去深入研究.然而由于城市轨道交通行业的特 殊性,采取大规模的试验研究方法不仅会消耗大量的财力和物力,而且往往会受各方面因素的制约而难以实施.计算机系统仿真技术不仅可以降低研发的危险性和开支,还可以模拟实验无法进行的工况,为研究整个系统提供了有力的支持.而且,仿真技术
第二章城市轨道交通供电系统描述 ●第一节供电系统的组成与功能 ●地铁供电系统是为地铁运营提供所需电能的系统，它不仅为地铁电动列车提供牵引用 电，而且还为地铁运营服务的其它设施提供电能，如照明、通风、空调、给排水、通信、信号、防灾报警、自动扶梯等。 ●地铁供电系统一般包括外部电源、主变电所（或电源开闭所）、牵引供电系统、动力照 明供电系统、电力监控系统。其中，牵引供电系统包括牵引变电所和牵引网，动力照明供电系统包括降压变电所和动力照明配电系统。 幻灯片26 ●地铁系统是一个重要的用电负荷。按规定应为一级负荷，即应由两路电源供电，当任 何一路电源发生故障中断供电时，另一路应能保证地铁重要负荷的全部用电需要。在地铁供电系统中牵引用电负荷为一级负荷，而动力照明等用电负荷根据它们的实际情况可分为一级、二级或三级负荷。地铁外部电源供电方案，可根据实际情况不同分为集中供电方式、分散供电方式和混合供电方式。 幻灯片27 第二节变电所的分类 ●地铁供电系统中一般设置三类变电所，即主变电所（分散式供电方式为电源开闭所）、 降压变电所及牵引降压混合变电所。 ●主变电所是指采用集中供电方式时，接受城市电网35kV及以上电压等级的电源，经其 降压后以中压供给牵引变电所和降压变电所的一种地铁变电所。 ●降压变电所从主变电所（电源开闭所）获得电能并降压变成低压交流电。 ● 幻灯片28 ●牵引变电所从主变电所（电源开闭所）获得电能，经过降压和整流变成电动列车牵引所 需要的直流电。 ●主变电所：专为城市轨道交通系统提供能源的枢纽。 ●牵引变电所：为列车提供适应的电源。 ●降压变电所（配电变电所）：为车站、隧道动力照明负荷提供电源。 幻灯片29 第四节供电系统主要运行方式 ● 1 10kV系统运行方式 ● 1.1 正常运行方式 ●变电所10kV母联开关和开闭所间联络开关均处于打开状态，每座变电所由2回电源供 电，两段10kV母线分列运行。变电所由开闭所按不同的供电分区供电。 1.2 其它运行方式 1.2.1 故障或检修运行方式 开闭所一回10kV外电源退出时的运行方式时，合上开闭所母联开关，由另一回10kV外电源向该开闭所供电范围内所有变电所供电。 非开闭所一回10kV进线电源退出运行时，合上该变电所母联开关，由另一回10kV进线电
1系统概述 (3) 2系统设计 (7) 2.1系统设计效果图 (7) 2.2系统功能模块组成 (8) 2.2.1变电所硬件设备实物 (8) 2.2.2网络化交互式实训系统 (8) 2.2.3教员监控与管理系统 (8) 2.2.4供电调度实训系统的通信接口和接口协议 (9) 2.3系统设计思路 (9) 2.3.1实物设备与虚拟变电所相结合 (9) 2.3.2采用情景化专家引导实训模式 (10) 2.3.3数字化三维场景与主电气图仿真 (10) 2.3.4构建全真虚拟变电所 (11) 2.3.5接口 (15) 2.4一次系统整体设计 (15) 2.5二次系统工作条件模拟方案 (17) 2.6实物设备与仿真设备之间的联动 (18) 2.6.1电信号模拟数字化微处理工控机 (18) 2.6.2终端控制逻辑服务器 (18) 2.6.3仿真主变中主变差动、综合测控、主变本体、主变后备
18 2.6.4实物开关柜中智能模块 (19) 2.6.5控制台服务器系统 (19) 2.6.6自动化电力调度系统 (19) 2.6.7电气故障模拟及诊断系统 (20) 3教学培训实现 (24) 3.1变电所综合自动化 (24) 3.1.1系统总述 (24) 3.1.2系统结构 (26) 3.1.3系统功能 (26) 3.1.4系统控制、监视、测量范围 (29) 3.1.5电力调度中心主站系统 (30) 3.1.6SCADA系统复示终端 (32) 3.2网络化交互式演练系统设计方案 (38) 3.2.1网络化交互式演练系统 (38) 3.2.2系统概况 (40) 3.2.3系统实训功能 (40) 3.3教员监控与管理系统 (43)
城市轨道交通列车牵引传动系统 城市轨道交通列车的牵引力是由城市轨道交通列车的牵引系统产生的，因此要掌握城市轨道交通列车牵引力的知识，就必须先掌握列车牵引传动系统的基础知识。 目前城市轨道交通列车的牵引传动系统基本都是电力牵引传动系统，其基本的工作过程是：电能经过列车牵引供电系统传输和相应的转换，提供给列车的牵引电动机，电能转换成机械能，从而驱动列车运行。 城市轨道交通列车牵引供电的电源是城市电网，城市电网提供的电能经过牵引变电所的降压、整流变成DC 1 500 V（或DC 750 V），再通过馈电线传递给接触网，然后通过受流装置，由钢轨和回流线流回牵引变电所形成回流。 城市轨道交通列车牵引传动系统的基本特点是牵引功率大、传动效率高、能源利用率高、绿色环保、产生的污染很少、容易实现自动化控制。 城市轨道交通列车的牵引电动机为列车提供动力，牵引电动机按工作原理可分为直流电动机、交流异步电动机、交流同步牵引电动机三种。由于交流电动机与直流电动机相比不需要换向器，结构简单，可靠性高，维护量少，重量小，并能获得较大的单位重量功率，具有良好的牵引性能，同时三相交流牵引电动机的调频、调压特性如果设计合理，可以实现大范围的平滑调速，还具有防空转的性能，使黏着利用率提高；三相交流牵引电动机对瞬时过电压和过电流很不敏感，在启动时能在更长的时间内产生较大的起动力矩。因此，交流异步电动机有取代直流电动机的趋势。 一、牵引传动系统的工况 城市轨道交通列车的牵引传动系统有两个工况：牵引工况和制动工况。 1、在牵引工况下，列车牵引传动系统为列车提供牵引动力，将供电接触网上的电能转换为列车在轨道上运行的机械能。 2、制动工况可以分为再生制动工况和电阻制动工况。再生制动就是将列车的机械能转换成电能反馈到接触网再供给其他列车或车站设备使用，这种方式能最大限度地降低电能的损耗。列车制动过程中牵引传动系统反馈的电能超过了接触网上的限值（达到DC 1 800 V）时，列车电制动产生的电能将会消耗在制动电阻上，
城市-轨道交通跨座式独轨车轨道交通电力牵引系统
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跨座式单轨车轨道交 通电力牵引系统 报告名称：跨座式单轨车轨道交通电力牵引系统 学生团队：101110129 黄彬 101110130 高伟 101110131 王耀 101110132 董其炜 101110133 陈豪 101110134 孙启原 101110135 张厉智 101110136 俞家凯指导老师：师蔚 所在学院：城市轨道交通学院 完成时间： 2013年10月9日
1．概述 城市单轨交通系统属于车轮运行模式，但与传统的钢轮钢轨、双轨线路有很大的区别，它占有的空间比传统的双轨线路要小。就技术上的定义 而言，跨座式独轨交通系统是指以单一轨道来支承车厢 并提供导向作用而运行的轨道交通系统。 1952年，瑞典人格伦以其构想发展出新型的跨座 式轨道系统，并以1:2.5的比例在德国科隆市附近的 Fuhligen 进行模型试验，轨道梁系由钢筋混凝土制成。 据记录所载，在1.9KM 长的试验轨道上，车厢可达到 130KM/H 的运行速度。1957年，格伦再次在原地建造了 一条1.8KM 长的实体轨道，测试结果与模型试验相近。 这种形式的独轨系统就以格伦的全名缩写命名为ALWEG 型独轨系统。ALWEG 型独轨系统很快成为世界独轨的风 尚，它在发展成型后到20世纪70年代的10多年间， 虽然进展较快，但似乎仅限于游乐园或展览会场区内的 游客运输，尚未进入城市轨道交通系统的领域。到了80 年代后期，欧洲的独轨交通开始进入城市轨道交通体系。 我国第一条单轨交通于2000 年在重庆开始修建。东起重庆市区商业中心校场口，西至大渡口区钢铁基地新山村，沿途设置17座车站。根据重庆市山城丘陵的地理特点，选择噪声低、爬坡能力强、转弯半径小的跨座式单轨交通系统，在我国尚属首次。由此我们可以看到跨座式单轨交通有其自身的优缺点。它的优势：（1）占地面积小、空间利用率高。跨座式单轨交通轨道梁一般利用城市道路中央隔离带设置结构墩柱，圆墩柱直径约为1M-1.5M ，区间双线轨道结构宽度一般为5M 。而普通城轨交通区间高架结构宽度为8—9M ，墩柱直径约为2M ，因此跨座式单轨交通具有占地面积少，空间利用率高的优势。（2）建设周期短，由于跨座式单轨交通轨道梁一般采用标准轨道梁， 可在工厂预制、现场拼装，且牵引电网刚性布置 在轨道侧壁，比普通架空接触网以及第三轨受电 施工方便，因此施工周期可大大缩短。（3）舒适 度高，噪声小，爬坡能力强，转弯半径小。由于 跨座式单轨车转向架采用充气橡胶轮胎作为走 行轮，且转向架与车体间的悬挂装置为空气弹 簧，因此车体震动小，乘坐舒适性高，跟普通城 轨交通相比，具有噪声小，爬坡能力强，转弯半 径小等优势。线路最大坡度可达到6%，最小曲率 半径为100M 。但是跨座式单轨交通不足在于：（1） 能耗较大，由于采用橡胶车轮造成车辆所受阻力 较钢轮大，因此，单轨交通的能耗比普通城轨交 通大。（2）道岔结构复杂，由于道岔结构复杂， 搬动时较普通城轨交通道岔费时，因此，限制了 列车运行时间间隔不能低于2.5分钟。 图1：重庆地铁3号线 图2：跨座式单轨轨道梁和车辆断面
城市轨道交通直流牵引系统框架保护 框架保护是直流供电系统中特有的保护类型，接触轨为正极，走行轨为负极。电流除了从走行轨返回，还可以从大地返回，这样的杂散电流很大，所以，直流供电系统设计为不接地系统。但是设备外壳是接地的，如果发生正极接地，正极通过设备外壳对负极间的短路电流突然增大，钢轨与车身外壳是相连为负极的，旅客上下车将有严重的生命危险。 摘要：本文分析地铁直流框架保护的重要性及原理，简述地铁直流框架绝缘安装的方法。 关键词：核心期刊投稿,城市轨道交通,框架保护,绝缘安装 1 直流牵引系统为什么要设置框架保护和绝缘安装 框架保护实时检测对地绝缘的直流供电设备正极与接地的柜体之间的绝缘状况，在断路情况下，作用于直流断路器跳闸。直流牵引系统正或负一极接地没有什么危害，但是两级都接地后对直流设备影响很大，可能烧坏直流用电设备或使直流用电设备不能正常工作，因此必须进行绝缘安装。 2 直流牵引系统框架保护原理 2.1 框架保护分为电压框架保护和电流框架保护两种 (1)电压框架保护采集信号的对象是负极与设备外壳(地)之间的电位差，在车站装设有轨电位限位装置(短路器)，如果负极对地电压升高，即走行轨对地的电压升高，轨电位限位装置直接将钢轨接地，以保证人生安全，但是，如果电压达到整定的值，轨电位限位装置还没有将刚轨
接地，电压框架保护动作，所以，电压型的框架保护相当于轨电位限位装置的后备保护。 (2)电流框架保护采集信号的对象是设备的外壳对地的泄露电流，包括整流器柜，负极柜和直流开关柜。其主要目的是保护人生的安全。 (3)运行过程中，通过判断检测到的故障电流和电压，实现保护跳闸切除故障。一般来说，牵引变电所的直流开关柜、负极柜与整流器柜绝缘安装;并采用连接电缆将直流设备的外壳保护接地连接成一个整体，通过负极柜的电流元件与牵引变电所接地网单点相连。 3 直流牵引系统框架保护可靠性提高 在轨道交通运营几年后，会发生框架保护误动作的现象。目前框架保护采用低阻框架保护装置，直流牵引供电系统如果在直流设备内发生正极对壳体的泄露，短路电流会经过壳体、地、轨-地泄露电阻或排流二极管、轨道电位限制装置流回负极母线，这种泄露故障最初一般的短路电流都不大，但如果不及时清除，事故会逐渐发展扩大，短路电流可能由最初的几十安培上升到几万安培。因此为保护直流设备设置专门保护装置，以在泄露初期就及时快速将故障清除，同时也带来了框架保护的高灵敏性，一旦该装置内受潮或粉尘侵入，本所内整流机组高压侧断路器及所有直流断路器跳闸，并联跳同一供电区的相邻牵引变电所直流断路器，并闭锁本所、相邻牵引变电所直流断路器。 4 直流牵引系统设备绝缘安装 由于地铁牵引供电采用直流电源，当牵引电源正、负极不采取绝缘措施与大地接触后，电流流入埋地金属，再从埋地金属体流出，进入大
跨座式单轨车轨道交 通电力牵引系统 报告名称：跨座式单轨车轨道交通电力牵引系统 学生团队：101110129 黄彬 101110130 高伟 101110131 王耀 101110132 董其炜 101110133 陈豪 101110134 孙启原 101110135 张厉智 101110136 俞家凯指导老师：师蔚 所在学院：城市轨道交通学院 完成时间： 2013年10月9日
1．概述 城市单轨交通系统属于车轮运行模式，但与传统的钢轮钢轨、双轨线路有很大的区别，它占有的空间比传统的双轨线路要小。就技术上的定义 而言，跨座式独轨交通系统是指以单一轨道来支承车厢 并提供导向作用而运行的轨道交通系统。 1952年，瑞典人格伦以其构想发展出新型的跨座式 轨道系统，并以1:2.5的比例在德国科隆市附近的 Fuhligen 进行模型试验，轨道梁系由钢筋混凝土制成。 据记录所载，在1.9KM 长的试验轨道上，车厢可达到 130KM/H 的运行速度。1957年，格伦再次在原地建造了 一条1.8KM 长的实体轨道，测试结果与模型试验相近。 这种形式的独轨系统就以格伦的全名缩写命名为ALWEG 型独轨系统。ALWEG 型独轨系统很快成为世界独轨的风 尚，它在发展成型后到20世纪70年代的10多年间， 虽然进展较快，但似乎仅限于游乐园或展览会场区内的 游客运输，尚未进入城市轨道交通系统的领域。到了80 我国第一条单轨交通于2000 年在重庆开始修建。东起重庆市区商业中心校场口， 西至大渡口区钢铁基地新山村，沿途设置17座车站。根据重庆市山城丘陵的地理特点，选择噪声低、爬坡能力强、转弯半径小的跨座式单轨交通系统，在我国尚属首次。由此我们可以看到跨座式单轨交通有其自身的优缺点。它的优势：（1）占地面积小、空间利用率高。跨座式单轨交通轨道梁一般利用城市道路中央隔离带设置结构墩柱，圆墩柱直径约为1M-1.5M ，区间双线轨道结构宽度一般为5M 。而普通城轨交通区间高架结构宽度为8—9M ，墩柱直径约为2M ，因此跨座式单轨交通具有占地面积少，空间利用率高的优势。（2）建设周期短，由于跨座式单轨交通轨道梁一般采用标准轨道梁，可在 工厂预制、现场拼装，且牵引电网刚性布置在轨 道侧壁，比普通架空接触网以及第三轨受电施工 方便，因此施工周期可大大缩短。（3）舒适度高， 噪声小，爬坡能力强，转弯半径小。由于跨座式 单轨车转向架采用充气橡胶轮胎作为走行轮，且 转向架与车体间的悬挂装置为空气弹簧，因此车 体震动小，乘坐舒适性高，跟普通城轨交通相比， 具有噪声小，爬坡能力强，转弯半径小等优势。 线路最大坡度可达到6%，最小曲率半径为100M 。 但是跨座式单轨交通不足在于：（1）能耗较大， 由于采用橡胶车轮造成车辆所受阻力较钢轮大， 因此，单轨交通的能耗比普通城轨交通大。（2） 道岔结构复杂，由于道岔结构复杂，搬动时较普 通城轨交通道岔费时，因此，限制了列车运行时 间间隔不能低于2.5分钟。