電氣技術(shù)在城市軌道交通中的應(yīng)用

摘 要：發(fā)展城市軌道交通是解決大城市交通問(wèn)題的重要手段，本文首先細(xì)致的分析了我國(guó)城市軌道交通的發(fā)展現(xiàn)狀，又對(duì)建設(shè)軌道交通系統(tǒng)的必要性進(jìn)行了闡述，最后重點(diǎn)探討了電氣技術(shù)在城市軌道交通中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：電氣技術(shù)；軌道交通；應(yīng)用

1.引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，城市化進(jìn)程的不斷加快。城市基礎(chǔ)設(shè)施與城市化發(fā)展的矛盾逐漸加深，尤其體現(xiàn)在城市交通設(shè)施上。城市交通負(fù)荷不斷增加，擁擠的交通越來(lái)越制約著城市經(jīng)濟(jì)、規(guī)模的發(fā)展。為解決城市發(fā)展的問(wèn)題，人們?cè)絹?lái)越關(guān)注城市軌道交通的發(fā)展。在城市軌道交通快速發(fā)展的新時(shí)期，加強(qiáng)電氣技術(shù)在城市軌道交通中的應(yīng)用，對(duì)確保城市軌道交通的質(zhì)量有著重要意義。

2.我國(guó)城市軌道交通系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，城市化進(jìn)程的不斷加快，城市基礎(chǔ)設(shè)施特別是城市交通設(shè)施與城市化發(fā)展的矛盾逐漸顯現(xiàn)。我國(guó)已在北京、上海、廣州、深圳等城市大規(guī)模修建地鐵，很受市民歡迎，因此修建城市軌道交通系統(tǒng)將成為我國(guó)大城市公共交通的發(fā)展方向。

目前，我國(guó)除廣州、上海、北京、深圳和天津等城市已經(jīng)修建或正在修建城市軌道交通系統(tǒng)之外，武漢、重慶、青島和沈陽(yáng)等20多個(gè)城市正在進(jìn)行籌建軌道交通的前期準(zhǔn)備工作。城市軌道交通已經(jīng)引起我國(guó)城市交通界的高度重視。但是目前許多城市修建軌道交通僅僅從解決城市交通堵塞的角度出發(fā)，僅僅認(rèn)為它是大運(yùn)量的運(yùn)載工具，忽略了城市軌道交通在城市結(jié)構(gòu)變遷中的重要誘導(dǎo)作用，而沒(méi)有有意識(shí)的利用軌道交通來(lái)促進(jìn)我國(guó)城市結(jié)構(gòu)和城市發(fā)展模式的改變。因此從城市可持續(xù)發(fā)展角度出發(fā)，要從根本上改善交通狀況，更重要的是以交通結(jié)構(gòu)的改變來(lái)促進(jìn)城市結(jié)構(gòu)的變化，使城市總體交通需求均衡。

3.我國(guó)發(fā)展城市軌道交通的必要性

我國(guó)城市人口密集，內(nèi)聚力很強(qiáng)。形成這種狀況的一個(gè)重要原因就是沒(méi)有快捷、安全、大容量的交通通道。一旦交通條件改變，制約因素消除，城市結(jié)構(gòu)將會(huì)發(fā)生大幅度的改變。具有強(qiáng)大運(yùn)輸能力的軌道交通就能在城市結(jié)構(gòu)變遷中充分發(fā)揮重要誘導(dǎo)作用。城市環(huán)境與交通有著極為密切的聯(lián)系。城市環(huán)境惡化的一個(gè)重要原因在于汽車的尾氣排放和城市道路的噪音。以汽車為主的城市交通對(duì)城市發(fā)展有著極為不利的影響，它帶來(lái)大氣污染、交通事故增加和其它一系列社會(huì)問(wèn)題。軌道交通具有低能耗、低污染、安全等特點(diǎn)，它對(duì)于改善城市環(huán)境、增加城市環(huán)境容量有著極為重要的作用，對(duì)于建立空間相對(duì)分離的新型生態(tài)城市結(jié)構(gòu)具有重要的意義。城市建設(shè)用地狹小、人口高度密集是我國(guó)許多城市的一個(gè)顯著特點(diǎn)，如上海、重慶、沈陽(yáng)等城市人均城市建設(shè)用地僅為50平方米左右，在如此狹小的空間要布置工業(yè)用地、對(duì)外交通用地，必然導(dǎo)致人均道路用地和城市綠地的減少。

4.電氣技術(shù)在城市軌道交通中的應(yīng)用

4.1 直線電機(jī)在城市軌道交通中的應(yīng)用

車輛都采用自導(dǎo)式徑向轉(zhuǎn)向架，既簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，又提高了車輛通過(guò)小半徑曲線的能力。車輛可以在曲線半徑很小的線路上平穩(wěn)運(yùn)行。直線電機(jī)地鐵車輛采用直線感應(yīng)電機(jī)（LIM）牽引，LIM由安裝在轉(zhuǎn)向架上的定子和沿軌道鋪設(shè)在鋼軌中間的感應(yīng)板組成。

相對(duì)于旋轉(zhuǎn)電機(jī)牽引的傳統(tǒng)輪軌地鐵系統(tǒng)，直線電機(jī)地鐵系統(tǒng)突出優(yōu)勢(shì)在于，直線電機(jī)牽引屬于非粘著驅(qū)動(dòng)，不受輪軌之間的粘著限制，具有良好的爬坡能力。常規(guī)鐵路的坡度一般不超過(guò)3%～4%，而直線電機(jī)地鐵坡度可達(dá)6%～8%，在轉(zhuǎn)入地下和爬升地面時(shí)顯得相當(dāng)靈活。直線電機(jī)牽引無(wú)需減速齒輪等裝置，轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)的自由度大，便于采用徑向轉(zhuǎn)向架，輪緣力和輪軌磨耗等性能指標(biāo)也大大降低。

4.2 雙向變流器在城市軌道交通中的應(yīng)用

（1）完全采用雙向變流器的方案。該方案完全采用雙向變流器替代二極管整流器，徹底改變了目前的牽引供電設(shè)備模式。該方案由于全部電路均為PWM整流電路，具備以下明顯的優(yōu)點(diǎn)（與二極管整流模式對(duì)比）：輸出直流電壓紋波系數(shù)更小，電流諧波含量更低（<3%）。直流電壓特性更“硬”，而且可控，將制動(dòng)能量回饋吸收，轉(zhuǎn)換效率高（>96%），節(jié)能效果明顯。交流側(cè)功率因數(shù)高（0.99）且可控。

但是，該方案也有如下的主要局限：目前，雙向變流器的核心設(shè)備采用了全控型電力電子器件。該類產(chǎn)品目前的容量還遠(yuǎn)小于二極管，故雙向變流器單臺(tái)最大功率遠(yuǎn)低于二極管整流器。要達(dá)到同等供電能力，需要的雙向變流器數(shù)量多、占地面積大，設(shè)備投資也相當(dāng)大，所以目前該方案在實(shí)際工程中應(yīng)用不太可行。

（2）混合方案。經(jīng)過(guò)分析論證并通過(guò)試驗(yàn)證明，二極管整流機(jī)組與雙向變流器混合使用的方案是可行的，且諧波等各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)符合要求。保留二極管整流機(jī)組可發(fā)揮其容量大、價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn)。雙向變流器機(jī)組也可負(fù)擔(dān)一定的整流負(fù)荷，從而降低二極管整流機(jī)組一定的設(shè)計(jì)容量。兩者結(jié)合，既保證了供電能力，又實(shí)現(xiàn)了能量回饋，且整體投資比完全采用雙向變流器的方案大幅降低。

（3）無(wú)功補(bǔ)償方案。由于雙向變流器電路結(jié)構(gòu)與SVG基本一致，而且交流側(cè)（通過(guò)變壓器）直接接入中壓系統(tǒng)，所以不需調(diào)整電路硬件和復(fù)雜的倒閘作業(yè)，而僅在控制程序中改變測(cè)量參數(shù)和算法，即可轉(zhuǎn)變?yōu)榈韧赟VG功能的裝置。分布在全線各牽引所中的雙向變流器，形成類似于就地補(bǔ)償裝置的模式，減少了主變電所集中補(bǔ)償?shù)膲毫ΑＲ归g線路停運(yùn)時(shí)段正好也是地鐵供電系統(tǒng)最需要無(wú)功補(bǔ)償?shù)臅r(shí)段，雙向變流器可以無(wú)功補(bǔ)償模式運(yùn)行，補(bǔ)償?shù)罔F供電系統(tǒng)中的無(wú)功。

5.結(jié)語(yǔ)

隨著城市軌道交通的不斷完善，電氣技術(shù)在城市軌道交通中的應(yīng)用將會(huì)得到更多管理者的重視，在城市快速發(fā)展的背景下，電氣技術(shù)在城市軌道交通中的應(yīng)用將會(huì)發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。

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