城市轨道车辆自牵引技术的应用与探讨
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问题讨论铁道车辆第57卷第3期2019年3月文章编号！002-7602 (2019) 03-0031-05城市#道％辆'牵引技术的应用/探1张天军(北京磁浮交通发展有限公司，北京100010)摘要：地铁车辆自牵引技术已经逐步实现了工程化应用。
文章结合当前典型的应用项目，分析了自牵引系统主电路的设计原则和控制逻辑的设计思想以及储能器件的计算选型方法等，对比分析了自牵引技术应用的优势，提出了地铁车辆自牵引系统方案的优化设计原则。
关键词！成轨车辆；牵引系统；蓄电池应急牵引中图分类号：U270.38+1 文献标志码：B随着城市轨道交通技术的快速发展，地铁车辆的 功能也因车辆运营的需求而不断提升，车辆自牵引技 术的应用实现了车辆在无外部电力供电情况下的灵活 移车，提高了库内车辆检修效率和正线运营的线路故障救援能力。
特别是对于采用第三轨供电的城轨车辆，为保证库内检修时的安全性，检修车间一般不设置 供电三轨，人库时需采用工程车推送或采用滑触线供电牵引列车，但这2种方式都存在检修人员工作量大、效率低、投人大等问题。
车辆 引的 用 高了车辆运营的效 益，但是也额外增加了车辆重量和一次性投人的成本。
因此，要实现最优的车辆自牵引功能，有效控制所增加 设备的重量、体积以及成本是关键。
在方案设计时，应 结合实际运营需求，合理确定自牵引能力，如车辆载荷、运行速度、运行距离、运行坡度等要素的定位。
收稿日期）018-02-12作者简介：张天军（1976-)，男，高级工程师。
»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»和使用环境不同时，不同构件甚至同一构件不同部位的气密性也会不同，因此要防止因生产工艺问题影响碳纤维质量。
%)碳纤维空调壳体边角处应平缓过渡，避免出 的。
%)避免出现壁厚过薄和厚度不均勻性的设计。
不均勻结构易产生应力，进而导致薄壁面产生裂纹或使局部裂纹扩展成漏孔。
%)真空袋在制作时可通过适当增加透气毡层和 气门嘴数量来提高其抽真空效果。
毡层厚度和气门嘴 数量以保证袋内气体抽取路径的畅通，并使正负气压完全压实袋内毛坯为宜，避免构件内部形成孔隙和疏。
1车辆自牵引技术的应用现状车辆自牵引即通过车载储能设备提供能量驱动车 辆低速运行。
根据车辆运行速度需求的不同，储能设 备的输出功率及系统回路控制方式也不同。
如果自牵 引的应用仅限于车辆段调车检修，则车辆运行速度达3〜5km/h即可满足要求；如果自牵引应用工况要实现正线载客自救援，则车辆运行速度一般需达到20 km/h。
车辆自牵引主要分为2种：一是区间输电设备 故障造成高压中断时，列车利用蓄电池牵引到最近的车站，组织旅客疏散，减少对旅客出行的影响（二是如 列车是 电，列车回 时，以用 电牵引，在库内不用铺设供电轨，保证作业人员的安全。
目前国外地铁车辆生产厂家如西门子、庞巴迪等公司 在一些城轨车辆上设计使用了蓄电池自牵引技术。
近 几年国内牵引生产厂家和车辆生产厂家如中车株洲电 力机车研究所有限公司、中车青岛四方车辆研究所有限公司、中车青岛四方机车车辆股份有限公司等也开»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»%)胶接工艺控制措施。
控制胶接环境的温度、相对湿度和洁净度等，从而控制胶接部位的表面洁净度，使其满足使用 。
当然，关于碳纤维壳体气密性试验的标准要求以及相关试验方法也需要进行进一步的探索和研究。
参考文献：[1]铁道部四方车辆研究所.关于高速列车气密性试验方法和检测的内容、指标及设备[Z]!996.-]铁道部科学研究院机车车辆研究所.高速试验列车总体技术条件对气密性的要求[Z]!996.(编辑：李萍）• 31•铁道车辆第57卷第3期2019年3月始研究和应用该项技术，国内地铁公司如无锡、天津、$出蓄电 引的 ，包 ，运营车辆的改造。
国内 用 见表1，其中较为 的为 铁16号线和 铁11号。
与传统车辆 ，引功 引系统的关键包 引高 回路与 引主回路的一体化 、 引动 和电池容选型及功率特 。
表1自牵引项目应用应用项目引货商运行速度/(km •h1)运行/m用工况北京地铁4号线庞巴迪3700车辆段北京大兴线庞巴迪3700车辆段上海地铁16号线西门子3〜51 000车辆段北京地铁16号线新誉20900正线青岛地铁11号线四方所3〜5300车辆段2北京地铁16号线列车自牵引系统方案2.1设计需求北京地铁16号线列车为6动2拖8辆编组，额定 电压DC 1 500 V，受电弓供电，列车编组形式为Tc+ Mp+Mp+M+M+Mp+T c。
车辆的自牵引设计需下：（1)AW3载荷工况下要求列车在10%。
坡道上 的运行速度达+ 5km/h;(2)AW3载荷工况下列车在 正线¥直线路上的最大运行速度达20 km/h; (3) AW3载荷工况下最大加速度不低于0.19 m/s z;(4)应用场合：AW3载荷工况下运回至上一站回至下一站。
铁16号线最严酷的典型路段为达官营至红莲南里站之间的一段9.85%的（起点 南里站）。
2.2 系统方案牵引系统的运行功率及电池容量指标要具有使车 辆运行至下一站的能力。
由牵引 结 ，当前车辆控制供电的DC 110 V蓄电 及放电功率不满足 ，需额外增加蓄电 引单独使用或提高控制用供电蓄电池的 及功率。
高车辆控制供电用蓄电池的 ，则会导致蓄电池组单组、体积很大，车下布局较难，设计不合理。
另外，车 辆运行速度要达到20 km/h，DC 110 V不能满足电机 '32 '运行的机端电压要求，因为目前牵引系统采用V V V F 电机控制，速度越高，对直流 电级 越高。
外增加DC/DC，则会进一步系统效率。
根据最高运行速度 变器 电在DC 200 V以上，基于上述 用工况的自牵引拓扑设计方案如图1所示，采用整车3组蓄电池：6个蓄 电分别安装于6辆动车之上，两两串联形成3组蓄电池，每组蓄电池额定电压为DC 242 V，驱动3辆 Mp车。
TCj Mpj Mj Mp3M3M2Mp2T c2H B B第1组第2组第3组2 1北京地铁16号线列车自牵引蓄电池拓扑方案自牵引主回路硬件配置方案见图2,主要包括如 下：%)DC 242 V充电机，用于为牵引蓄电池充电，整车共3台，安装于M p车。
%)DC 242 V/AC 380 V紧急逆变器，用于蓄电 池牵引工况下的 通风和牵引高 （P H箱）散热风 电，整车共8台，每节车1台。
牵引变流器采用风冷 ，因此在自牵引工况下，车辆 A C380 V电源。
%)蓄电池牵引箱（B O P箱），用于蓄电池和PH 箱之间的 ，整车共3台，安装于M p车。
2!蓄电池的设计由于牵引变流器为强迫风冷，牵引蓄电池不但要 为牵引供电，还要为 通风逆变器供电。
按照AW3工况在设定 路进行仿真 ，整个运行过程中，3个单元耗能为27. 61kW •h，车辆从10%坡道爬到24. 39 kW •h，车辆在10%坡道上最大运行 速度约5km/h(图3)，不 考虑电池的 ，也要考虑电池的放电功率 ，在不同的温度工况下蓄电池都要满足输出功率特性的要求。
动力电池选用了 180 A'h的电池，通过试验证明其满足应用 。
2.4自牵引控制逻辑设计车辆根据网络的运行状态分为正常自牵引模式(通过网 控制指令）和备用自牵引 。
基本控制思想是 件 引开关，并进行硬件逻辑和软件 互锁，当满足条件 进 引，并且时检测复 号，当满足复位条件时，停 引模。
城市轨道车辆自牵引技术的应用与探讨张天军图3自牵引仿真计算曲线(1)正常自牵引模式。
当闭合自牵引使能开关后，判断动 下：①车辆在非ATO下，且司控器手柄在非牵引位，方向手柄不为零；②列车处于 ：③牵引蓄电池电压满足条件；④H B断开，蓄电 出器闭合，牵引系统通过MVB：的级 息输出牵引力。
%)备用 引模式。
在该模式下，自牵引判断使能条件不变，牵引系统 引级位通过 ，且只有50%和100%级位。
此，在 引具有自救援能力时，储能装置必须独立于低压供电的蓄电池进行单独考虑。
3青岛地铁11号线列车自牵引系统方案3!设计需求的确定青岛地铁11号线列车采用4编组B型车辆，列车 编组形式为+T M c—M3M— T M c+，第三轨受流。
车辆的自牵引设计需求如下：（1)车辆载荷工况：A W0 (坡度#2_);(2)牵引速度：3〜5km/h;(3)牵引距离：单次 300 m;(4)启动加速度：％0. 083 3 m/s2;(5) 用场合:检修车、洗车。
3.2系统配置及主电路设计根据车辆的运行工况要求，牵引输出功率需求较 小，并且V V V F为热管走行，不 动 t逆变单元供电，考虑到车辆的重量和成本，选择自牵引蓄电池与车辆控制电源蓄电池共用的。
整车驱动电机采用部分施加动力的方式，驱动 2辆动车的8台电机，以综合提高电机的效率，降低蓄电池的输 出功率。
自牵引主电路拓扑图见图4。
电 引箱用于电池和牵引逆变器，箱内设有接触器，用于电池；设有高压二极管，以防引逆变器侧可能出现的高电池。
•33•铁道车辆第57卷第3期2019年3月断路器箱，隔—离踩—髙速断路器，" 制动停车，在自牵引模式下，蓄电池要同时为车辆D C 110 V 负载和牵引电 ，所以蓄电池的容量及放电功率要同时满足 ，并且完成单次牵引后再放电深度不大于105,最低放电电压不低于85V (额定电压D C 110V )。
按照上述需求，列车配置2套M R X 160A • h 的 高倍率镍-镉蓄电池组，整车D C 110V 负载功率按照 8. 8k U 进行计算，逆变器效率为0.9,低速时电机效 率为0.6,并且考电池在 时的放电特性。
