廣州黃埔有軌電車1號(hào)線車輛設(shè)計(jì)

李達(dá) 曹文祥

摘 要：介紹了廣州黃埔有軌電車1號(hào)線車輛的技術(shù)特點(diǎn)、主要技術(shù)參數(shù)，以及各子系統(tǒng)的技術(shù)方案，包括超級(jí)電容儲(chǔ)能、轉(zhuǎn)向架、空調(diào)系統(tǒng)及列車控制等。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代有軌電車;超級(jí)電容;100% 低地板

0 引言

黃埔區(qū)有軌電車1號(hào)線（長嶺居-蘿崗）工程起全線約14.3 km，全線共20座車站，是廣州黃埔區(qū)首條有軌電車線路。

本工程車輛采用100%低地板儲(chǔ)能式現(xiàn)代有軌電車，配置9 500 F超級(jí)電容+鈦酸鋰電池作為牽引動(dòng)力源，無需接觸網(wǎng)，車輛利用運(yùn)營停站時(shí)間對超級(jí)電容進(jìn)行快速充電，車輛離開充電區(qū)域后超級(jí)電容釋放電能，保證車輛能在下一次停站充電之前安全、可靠地運(yùn)行。

1 車輛主要技術(shù)特點(diǎn)

（1）車輛采用車載9 500 F雙電層超級(jí)電容及鈦酸鋰電池方案。其中超級(jí)電容作為新能源領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，其屬物理儲(chǔ)能，安全可靠、免維護(hù)，充放電時(shí)間達(dá)秒級(jí)，能承受上萬安培的短路電流及超過一百萬次的充放電循環(huán)壽命。本項(xiàng)目正常情況下，車輛依靠三套并聯(lián)的超級(jí)電容儲(chǔ)能電源供電牽引，當(dāng)車輛越站不充電、紅綠燈路口長時(shí)間等待或遇大長坡道等工況時(shí)，鋰電池為雙電層超級(jí)電容補(bǔ)充能量實(shí)現(xiàn)增程。

（2）高壓直接給空調(diào)機(jī)組供電，減少了高壓到輔助逆變器的轉(zhuǎn)換損耗，能效比高，同時(shí)可根據(jù)車內(nèi)熱負(fù)荷變化自動(dòng)控制壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)制冷量的無級(jí)調(diào)節(jié)，不僅能夠減小客室溫度波動(dòng)，增加乘客的舒適度，而且可以有效節(jié)約能源。

（3）轉(zhuǎn)向架采用獨(dú)立車輪技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)整列車低且平的地板面。

2 車輛總體方案

2.1 車輛編組形式

車輛采用模塊化編組方式，其中包含4個(gè)基本功能模塊，每個(gè)模塊設(shè)置1臺(tái)轉(zhuǎn)向架，各模塊之間采用鉸接裝置和貫通道連接成一列完整的車。列車的編組方式如圖2。

2.2 主要尺寸

2.3 載客量

2.4 主要性能

3 車輛主要系統(tǒng)

3.1 轉(zhuǎn)向架

車輛轉(zhuǎn)向架采用縱向耦合轉(zhuǎn)向架，車輛配置有3臺(tái)動(dòng)力轉(zhuǎn)向架和1臺(tái)非動(dòng)力轉(zhuǎn)向架;轉(zhuǎn)向架采用了獨(dú)立車輪結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)車輛100%低地板;每個(gè)轉(zhuǎn)向架安裝了2套驅(qū)動(dòng)單元，整體為斜對稱布置，電機(jī)和齒輪箱連接在一起，整體彈性安裝在構(gòu)架上。

3.2 儲(chǔ)能電源

超級(jí)電容作為車輛主要的儲(chǔ)能電源，優(yōu)先為車輛提供運(yùn)行所需的能量，在車輛到站時(shí)地面充電裝置給儲(chǔ)能電源充電，在車輛運(yùn)行中由儲(chǔ)能電源向車輛供電，在車輛制動(dòng)狀態(tài)時(shí)可回收制動(dòng)能量。

3.3 牽引輔助系統(tǒng)

列車牽引系統(tǒng)采用由VVVF逆變器-三相交流異步電機(jī)構(gòu)成的交流電傳動(dòng)系統(tǒng)。牽引逆變器采用IGBT功率器件，為強(qiáng)迫風(fēng)冷，采用高性能的直接轉(zhuǎn)矩控制策略。系統(tǒng)優(yōu)先使用電制動(dòng)。

在車站內(nèi)觸網(wǎng)高壓電通過受電器給儲(chǔ)能系統(tǒng)供電。在區(qū)間儲(chǔ)能系統(tǒng)通過熔斷器給牽引系統(tǒng)主電路和輔助系統(tǒng)供電。

儲(chǔ)能系統(tǒng)通過熔斷器給客室空調(diào)和司機(jī)室空調(diào)供電。

整列車設(shè)置兩臺(tái)直流充電機(jī)，給整列車低壓負(fù)載提供DC24V電源。在車頂設(shè)置一組蓄電池，兩臺(tái)充電機(jī)并聯(lián)給蓄電池充電。

3.4 控制與列控系統(tǒng)

列車控制和診斷系統(tǒng)（TCMS）采用分布式控制技術(shù)。

列車設(shè)置滿足IEC61375標(biāo)準(zhǔn)的多功能車輛總線MVB，用于連接各車輛內(nèi)的電子部件和控制系統(tǒng)。

MVB總線采用A＼B兩路互為冗余的傳輸方案;當(dāng)某路出現(xiàn)故障時(shí)可自動(dòng)切換至另外一路，不影響網(wǎng)絡(luò)控制功能。

主要完成以下控制功能：司機(jī)室激活控制;操作端和方向控制;電液聯(lián)合制動(dòng)控制;保持制動(dòng)控制;牽引封鎖控制;超速保護(hù);自動(dòng)緊急制動(dòng)控制。

3.5 制動(dòng)系統(tǒng)

制動(dòng)系統(tǒng)主要配置包括：

（1）動(dòng)力轉(zhuǎn)向架上的液壓被動(dòng)式彈簧制動(dòng)系統(tǒng)。

（2）非動(dòng)力轉(zhuǎn)向架上的液壓主動(dòng)式盤式制動(dòng)系統(tǒng)。

（3）所有轉(zhuǎn)向架上的磁軌制動(dòng)系統(tǒng)。

（4）每動(dòng)車上配置兩套緊湊型雙向撒砂系統(tǒng)，分別負(fù)責(zé)對對應(yīng)側(cè)輪對的撒砂。

本項(xiàng)目車輛的制動(dòng)模式主要包括常用制動(dòng)、緊急制動(dòng)、自動(dòng)緊急制動(dòng)、安全制動(dòng)、停放制動(dòng)模式和保持制動(dòng)模式等。

4 總結(jié)

黃埔有軌電車車輛采用儲(chǔ)能式現(xiàn)代有軌電車，為適應(yīng)本項(xiàng)目長大坡、地形起伏大的特殊線路條件，創(chuàng)新性地采用超級(jí)電容+鈦酸鋰電池的混合供電型式，線路適應(yīng)性強(qiáng)。車輛優(yōu)先使用電制動(dòng)，電制動(dòng)反饋的能量優(yōu)先被儲(chǔ)能裝置吸收，再生制動(dòng)利用率不低于80%，實(shí)現(xiàn)綠色節(jié)能。目前項(xiàng)目已全線開通運(yùn)營，也為其他地區(qū)的有軌電車項(xiàng)目建設(shè)提供了參考典范。

參考文獻(xiàn)：

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[2]楊穎，陳中杰.儲(chǔ)能式電力牽引輕軌交通的研發(fā)[J].電力機(jī)車與城軌車輛，2012，35（5）：5-10.