城市軌道車輛自牽引技術的應用與探討

徐逸世

摘要：隨著社會經濟的不斷發展，城市化進程速度的不斷加快，城市軌道交通建設規模在進一步擴大。相應的地鐵車輛自牽引技術也全面實現了工程化的應用。基于此，本篇文章主要對城市軌道車輛自牽引技術的應用進行深入分析和探討。

關鍵詞：城市軌道車輛;自牽引技術;應用

前言：現如今，城市軌道交通技術在不斷發展，由于車輛運營需求的不斷提升，相應地鐵車輛的功能也在同步增加，將車輛自牽引技術應用進來，可以使車輛在無外部電力供電情況下的靈活移車全面實現，使庫里車輛檢修效率得到提升的同時，還全面提升了正常運營線路的故障救援能力。尤其是對于將第三軌供電采用進來的城軌車輛而言，為了使庫內檢修的安全型得到保證，一般情況下，都不會將供電三軌設置在檢修車間，在入庫的過程中，會將滑觸線供電或者是工程車推送的方式，達到牽引列車的目的。但是對于這兩種方式而言，不論是采取任何一種方式，都會加大檢修人員的工作量，整體效率也相對較低。將車輛自牽引技術應用進來，就可以使以上問題得到全面階段，但是也存在一定的問題，就是增加了車輛的重量和一次性投入的成本。所以，必須要使最優的車輛自牽引功能實現，對實際增加設備的重量和體積以及成本進行有效控制，是最為關鍵的內容。

1車輛自牽引技術的應用現狀

所謂車輛自牽引，主要就是以車載儲能設備為依據，將能量提供進來，進而驅動車輛，實現低速運行。以車輛運行速度需求的不同為主要依據，不論是系統回路控制方式，還是儲能設備的輸出功率，均有很大的不同之處。若僅僅在車輛段調車檢修中應用自牽引，那么實際車輛運行的速度只需要達到3-5km/h，就可以全面滿足實際的要求;在應用自牽引的過程中，若實際工況必須要保證正線載客自救援全面實現，則一般情況下，車輛的運行速度，都會在20km/h左右。對于車輛牽引而言，其主要分為以下兩種：首先第一種，就是由于區間的輸電設備本身，出現了故障和問題，進而導致高壓出現中斷的情況，而列車通過對蓄電池的利用，進一步牽引到距離最近的車站之中，組織并疏散相關旅客，最大化降低對于旅客出行的影響;第二種，就是列車在運行的過程中，依據的是第三軌供電，那么列車在回庫的過程中，就可以將蓄電池牽引利用進來，在庫內不需要對供電軌進行鋪設，使作業人員的安全得到保證。現如今，很多地鐵車輛生產公司，都將蓄電池自牽引技術設計并應用了進來。本文以北京地鐵16號線為例開展應用分析。

2北京地鐵16號線列車自牽引系統方案

2.1、設計需求

對于北京地鐵16號線而言，其列車為6動2托8輛編組，1500V為額定電壓，供電依據受電弓。該車輛的自牽引設計需求具體如下：首先第一點，基于AW3荷載工況下，列車在坡道上的運行速度，應達到4.5km/h;第二點，就是基于AW3荷載工況下，在正線平直線路上，列車的最大運行速度為20km/h;第三點，基于AM3荷載工況下，平直道的最大加速度，應完全超出0.19m/。

2.2、系統方案

對于牽引系統而言，其不論是運行功率，還是相應的電池容量指標，其本身必須要具備行駛到下一站的能力。根據相應的牽引計算結果，可以發現，現如今，對車輛供電起到控制作用的DC110V蓄電池，不論是放電功率，還是容量，均無法滿足實際的運行要求，需要將蓄電池工資牽引額外應激進來，又或者是對供電蓄電池的容量和功率進行提高。如果對車輛控制供電用蓄電池的容量進行直接提高，會加大蓄電池組單組容量和體積，導致車下的布局難度進一步增加，整體設計并不科學也不合理。此外，實際車輛在運行過程中，速度要達到20km/h，那么DC110V根本無法滿足電機運行過程中的電壓要求。主要原因，就是當前階段，對于牽引系統而言，去將VVVF電機控制采用進來，實際的速度越高，而對于整體直流輸入電壓的等級要求，也就越高。若將DC/DC升壓模塊額外增設進來，就會使系統效率進一步降低。以最高運行速度為依據，對逆變器輸入電壓進行詳細計算，得到的結果，應不低于DC200V，根據以上因素，應采取如下方案，即將整車三組蓄電池應用進來，而且對于六個蓄電池箱而言，要在六輛動車中分別安裝進來，通過兩兩串聯的方式，使三組蓄電池得以形成，對三輛Mp車進行驅動。

2.3、蓄電池的設計

對于牽引變流器本身而言，其屬于強迫風冷，因此，牽引蓄電池本身，不但要實現牽引供電的目的，還要為緊急通風逆變器實施全面供電。以AW3工況為依據，在設定區間線路，開展全面深入的仿真計算，在具體運行的過程中，以3個單元為基準，實際的耗能可以達到27.61kW.h，那么車輛從爬坡開始，到頂端的實際耗能，就是24.39kW.h，在整個坡道上，車輛本身的最大行駛速度，即為5Km/h。不但要對電池的總容量進行考慮，還要對電池的放電功率曲線進行考慮，基于不同的溫度工況背景，蓄電池必須要滿足實際輸出功率特性的具體要求。因此，將180A.h的鉛酸電池選用了進來，作為動力電池，通過試驗的方式，可以證明，其完全滿足實際的用用需求。

2.4、自牽引控制邏輯設計

車輛在運行的過程中，以網絡的實際運行狀態為依據，可以分為兩種模式，一種模式就是正常狀態的自牽引模式，另一種模式，就是備用自牽引模式。整體的控制思想如下，就是將硬件自牽引開關設置進來，同時，保證軟件邏輯和硬件邏輯這兩種全面互鎖，若在已經滿足相關條件之后，才能進一步進入到自牽引的模式之中，并且對復位信號進行實時檢測，當完全滿足要求的復位條件時，則自牽引模式就會停止。

2.4.1、正常自牽引模式

在對自牽引的開關進行閉合之后，實際判斷動作邏輯有以下幾點：第一點，當車輛本身所處模式為非ATO模式，與此同時，司控器手柄也在非牽引的位置，那么方向手柄不為零;第二點，列車本身已經處于一種絕對靜止的狀態;第三點，就是對于牽引蓄電池本身而言，其實際電壓，已經滿足了相應條件和要求;第四點，斷開HB，蓄電池輸出接觸器會呈現閉合的狀態，那么基于MVB，牽引系統會對級位信息進行接受，使牽引力進一步輸出。

2.4.2、備用自牽引模式

基于該模式背景，前提條件不變，那么牽引系統要通過硬線接受牽引級位，且級位只有百分之五十和百分之一百。

所以，當實際的自牽引要求必須要具備自救援能力時，相應的儲能裝置必須要完全獨立考慮，不可與低壓供電的蓄電池有所聯系。

3自牽引方案的優化原則

地鐵車輛運行過程中，具體運行工況如何，主要取決因素，就是線路條件，相應的自牽引方案要以車輛的實際應用需求為依據，開展科學合理的優化和設計，使設備造假成本和運營成本綜合最優化的目標全面實現。

3.1、主回路拓撲優化原則

首先，就是有效動力單元的選擇，基于自牽引工況背景，實際對于加速度的要求相對較低，因此，可以簡單配置車輛動力單元，以北京地鐵16號線為例，其中有6個車控動力單元，將三個單元選取進來，就可以滿足實際的驅動要求。其次，就是變流器發熱核算，對于變流器而言，其最大的作用，就是熱管散熱，在具體計算的過程中，需要對自牽引過程中存在的溫升問題進行充分的考慮，若變流器為強迫風冷的類型，那么要對應急逆變器進行啟動，確保將電能提供給風機。

3.2、邏輯控制優化原則

對于自牽引控制邏輯而言，其主要包含兩方面內容，手續愛你就是自牽引使能邏輯，其次就是復位邏輯，在實際投入控制邏輯的過程中，要保證高壓HB與蓄電池接觸器，這兩者可以實現完全互鎖，并且將軟件邏輯應用進來，作為重要的初始條件，進行判斷。基于自牽引運行背景，要充分考慮退出邏輯，使系統的安全得到保證。

結束語

總而言之，本文通過案例的方式，對城市軌道車輛自牽引技術的應用進行了全面的闡述，在未來階段，還需要進一步深化和優化，為后續自牽引技術的全面普及應用奠定堅實的基礎。

參考文獻：

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