淺析城市軌道交通車輛電氣牽引技術發展現狀及前景

陳亞民 尹榮鵬

摘 要：本文將簡單介紹城市軌道交通車輛電氣牽引技術發展情況，從電氣牽引系統、控制系統、主要元件及電動機交流式牽引等方面研究技術應用現狀，并從平臺化、網絡化、信息化、智能化、模塊化、標準化等方面探究該技術的發展前景。

關鍵詞：城市軌道交通車輛;電氣牽引技術;發展

城市軌道交通車輛作為城市公共交通的旅客運載工具，不僅要保證車輛運行的安全、準點和快速。還要為乘客提供良好服務條件，使乘客乘車舒適、方便，同時還考慮對城市景觀和環境的影響。其中電氣牽引技術作為城市軌道交通車輛運行的重要基礎技術，其應用發展的重要性不言而喻。

一、城市軌道交通車輛電氣牽引技術發展概況

軌道交通車輛的誕生基于蒸汽機技術革新以及鐵路的正式問世，而其牽引技術則逐步實現了從蒸汽機到內燃機再到電力的過渡與轉變，當下電力牽引技術已經成為城市軌道交通車輛的核心牽引技術。而電力牽引技術的發展則可以說是逐步從19世紀八十年代的直流供電到20世紀初的三相交流電，再到20世紀五十年代的硅可控整流牽引，之后逐步過渡發展，發展歷程基本可以總結為交直傳動牽引、異步牽引和交流傳動牽引。當下普遍應用的交流傳動牽引有著電能反饋效率高、牽引控制便捷、轉向架結構簡單、牽引和制動效果好、防控轉和防滑性功能完善等優勢。國內在軌道交通發展方面起步較晚，直到1958年才正式制造出6Y1型電力機車，而車輛電力牽引技術發展歷程則與國際發展歷程基本一致。到今天，城市軌道車輛電力牽引技術的應用是以通信技術、控制技術和保障技術為基礎的，全面保障了系統安全、穩定運行，協調城市軌道交通車輛的速度、控制與安全。

二、現代城市軌道交通車輛電氣牽引技術應用現狀

（一）電氣牽引系統

電氣牽引系統是電氣牽引技術得以應用的基礎。由于城市軌道交通車輛采取的是第三軌供電方式，對相應的電氣牽引系統整體水平要求極高，必須在各個方面滿足一定規范。在電氣牽引系統中，電氣牽引的恒定引力必須始終維持在一定范圍內，通常其恒定牽引力為346kN，自然牽引力則為230.2kN。同時軌道交通車輛電氣牽引有著一定的條件限制，基本限制為牽引力應當受車輛載荷變化而有所變化，從而確保不同載荷狀態的車輛始終處于額定牽引狀態，保持軌道交通運輸穩定可靠，防止不同載客峰谷時期出現車輛無法保持額定牽引狀態的情況。另外為了防止電制動力對軌道車輛運行水平造成影響，應當確保電制動性質適宜，能夠有效保障制動的速度。

（二）控制系統

在電氣牽引技術的應用中，控制是最為關鍵的部分，可以說是保障整個城市軌道交通運輸穩定、安全、可靠、高效的關鍵。當下軌道交通車輛電氣牽引的控制是基于計算機控制系統，通過計算機網絡技術、傳感技術等，實現對車輛運行情況的實時監控，同時在控制中心便能通過信息化控制對整個軌道交通系統進行整體、局部控制，同時還能實現自檢自控，最大限度地保障系統穩定運行。在網絡緊密的軌道交通車輛電氣牽引控制系統支持下，對車輛進行綜合管控，能夠確保城市軌道交通運輸情況完全按照預期和規劃實現，并能對其中有悖于規劃和計劃的部分進行調整與改善。

（三）主要元器件

在電氣牽引技術的應用中，有三大元器件至關重要。其一為受電器。在滑觸線上電流通過受電器傳導至軌道交通車輛，故而受電器是電氣牽引技術應用的基礎和介質，其被安裝在受電支架上，受電支架則安裝在軌道交通車輛之上。隨著車輛的運用，受電器上的碳刷在滑觸線內移動，實現不間斷供電，促使車輛穩定運行。受電器容量必須與導線容量相匹配，而且受電器往往有一定的標準規格，這就意味著當用一個受電器容量不足時，可以通過并接兩個受電器的方式增加容量。受電器碳刷是由含銅碳基壓而制成，具有堅韌耐壓、導電性和潤滑性良好的特性，能夠滿足城市軌道交通車輛牽引要求，不過在使用并磨損至一定程度后需要及時進行更換。其二為斷路器。斷路器在軌道交通車輛電氣牽引控制中主要起緊急阻斷作用。斷路器可以降低制動分段的時間，在短時間內實現緊急制動，從而有效保障軌道交通運輸安全，尤其在一些緊急情況中有著巨大應用優勢。其三為接口電器。接口電器的優勢在于匹配自由，能夠實現對軌道交通車輛電氣牽引系統各部分的有效連接，不過在使用過程中一定要確保匹配到位，同時電器質量足夠好。

（四）交流式牽引電動機

交流牽引電動機在軌道交通車輛電氣牽引控制中的作用毋庸置疑。隨著現代城市軌道交通運輸規模擴大，運行要求提高，相應的電動機牽引壓力有所增大，必須不斷優化和改善電動機，提升電動機穩定性。當下軌道交通車輛牽引控制中的交流時牽引電機基本上都是以IGBT逆變實現供電，這將有效取代原有電動機中的發熱程序，能夠滿足電氣牽引控制要求。

三、城市軌道交通車輛電氣牽引發展前景

（一）平臺化、網絡化

隨著互聯網時代的到來，計算機網絡技術對各行各業產生了巨大影響，其中軌道交通行業也大受影響，計算機網絡技術與車輛牽引控制的結合已然是必然趨勢。實際上就當前的情況來看，已經有不少廠商敏銳地嗅到了計算機網絡技術的重要性，并在城市軌道交通車輛牽引控制中紛紛結合該技術，從而開發出具備網絡功能的牽引控制系統，推動牽引控制的平臺化、網絡化發展。其中平臺化指以互聯網為基礎，準確把握市場發展趨勢，了解主要用戶需求，從而利用平臺優勢，針對性地打造更能為用戶提供優質服務的高效化牽引控制系統平臺，進一步優化軌道交通車輛的牽引控制。

（二）信息化、智能化

城市軌道交通系統在近年來得以快速發展，對應的列車編組方式更為豐富多變，這使得軌道交通管理難度陡然增大。因為在未來的城市軌道交通車輛牽引控制中，不能再局限于速度、控制、安全等傳統需求，而是要更多地考慮牽引控制的整體管理需求，必須構建高度自動化、智能化的牽引控制系統，合理規劃城市軌道交通網絡，基于信息監測、管理實現對車輛的合理牽引控制，智能化調整牽引速度。由此可見，未來軌道交通車輛的電氣牽引技術必然會與信息技術、人工智能技術等相結合，從而基于重聯控制信息、狀態監視信息、狀態診斷信息、邏輯控制信息等實現自動化、智能化牽引。

（三）模塊化、標準化

不管是出于需求多樣化考慮，還是出于平臺化考慮，城市軌道交通車輛牽引控制必然將向模塊化、標準化方向發展。將電氣牽引技術融入標準化模塊中，能過大幅提升電氣牽引系統的穩定性、安全性與可靠性，同時能夠有效控制成本。

四、結束語

綜上可知，城市軌道交通運輸事業的發展必然是以車輛電氣牽引控制為重心，從而兼顧車輛運行的速度、安全、穩定與可靠。在信息化時代下，積極探索軌道交通車輛電氣牽引技術與計算機網絡技術的深度結合路徑，是推動前者不斷創新和完善的重要路徑，同時也是不斷提高城市軌道交通運輸水平的關鍵。

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