中低速磁浮列車供電系統(tǒng)研究.doc

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1、中低速磁浮列車供電系統(tǒng)研究摘要：本文對中低速磁浮列車供電系統(tǒng)進行了系統(tǒng)的研究，包括供電電壓制式的選擇，受流方式的選擇，牽引變電所設計原則、負荷容量的計算方法及主要電氣設備，地面制動電阻的設計。關(guān)鍵詞：磁浮列車；供電系統(tǒng)；受流系統(tǒng)；再生制動系統(tǒng)0概述磁浮列車是一種新型的非接觸式地面軌道交通運輸工具，其以高速、節(jié)能、安全、舒適、環(huán)保等優(yōu)點越來越受到人們的關(guān)注。與傳統(tǒng)的輪軌式機車車輛不同，磁浮列車的支撐和導向力是由電磁吸力和電動斥力來提供的，它的牽引力是由線性電機產(chǎn)生的。磁浮列車的關(guān)鍵技術(shù)是牽引技術(shù)、懸浮導向技術(shù)和車輛結(jié)構(gòu)技術(shù)，而安全、可靠、經(jīng)濟合理的供電系統(tǒng)是實現(xiàn)磁浮列車安全可靠運行的重

2、要保證和前提。中低速磁浮列車供電系統(tǒng)包括牽引變電系統(tǒng)、受流系統(tǒng)和地面再生制動系統(tǒng)。1牽引變電系統(tǒng)1.1電壓等級中低速磁浮列車的時速一般為100～200km，適合于城市公共軌道交通，其中包括市內(nèi)交通、市郊交通、市中心至機場、城際交通。城市軌道交通的特點決定了中低速磁浮列車的牽引供電必須采用直流電流制，其電壓等級應選用國家推薦的DC750V或DC1500V。因此中低速磁浮列車采用交直流牽引變電所，其牽引供電方式與目前地鐵、輕軌廣泛使用的基本相同。中低速磁浮列車作為一種新型的交通工具，其供電系統(tǒng)的電壓制式也同樣須考慮其先進、安全和節(jié)能等特性。DC750V供電電壓是一種非常成熟的電壓制，在國

3、內(nèi)外城軌的主要交通工具中（地鐵、輕軌等）得到了廣泛的應用，其供電設備、車載電器設備國內(nèi)外都有許多十分成熟的產(chǎn)品。但其缺點是供電距離比較短（一般1km設1個變電站），供電電流比較大，投資費用高、占地面積大，而且線路消耗的能量也大，因此，目前國內(nèi)外城市軌道交通已不再采用該電壓制式，而采用DC1500V供電以克服上述缺點。它的供電設備及車載電器設備國外產(chǎn)品非常成熟，國內(nèi)也早已進行了開發(fā)研制，積累了許多經(jīng)驗，并有一些成熟的產(chǎn)品。因此，磁浮列車作為一種現(xiàn)代城市軌道交通工具中的一員，它的供電電壓應選擇投資少、占地面積小且耗能低的DC1500V供電電壓制式。1.2牽引變電所容量正確合理地選擇牽引變

4、電所的容量能夠節(jié)省建設用地和投資費用。對于正常運行的磁浮列車系統(tǒng)，其牽引變電所應由2路互為備用的獨立電源供電，即由2路互為備用的高壓進線系統(tǒng)，2路互為備用的整流變壓器、整流設備及相關(guān)的開關(guān)設備組成，以實現(xiàn)供電系統(tǒng)的不間斷供電。在選擇牽引變電所供電設備容量時，全線只考慮有1個牽引變電所發(fā)生故障的情況。當正線牽引變電所任何1個發(fā)生故障時，其相鄰牽引變電所采取越區(qū)供電方式，擔負起該段磁浮列車的牽引供電負荷。此負荷應滿足遠期高峰小時負荷。牽引變電所的數(shù)量及其在線路上的位置，必須經(jīng)計算確定，并滿足在事故狀態(tài)下單邊（或越區(qū)）供電時接觸網(wǎng)電壓的要求。4電氣設計最重要的就是確定系統(tǒng)的負荷容量。由于磁

5、浮列車是一項新技術(shù)，它與現(xiàn)有的其他軌道交通系統(tǒng)相比既有共性又有特性。磁浮列車的牽引供電系統(tǒng)的負荷由牽引系統(tǒng)負荷、懸浮系統(tǒng)負荷、牽引系統(tǒng)和懸浮系統(tǒng)輔助負荷及車站、維修基地、控制中心的動力、照明等負荷組成。中低速磁浮列車的牽引變電所的負荷容量設計應按照列車運行峰值速度、彎道通過速度、坡道通過能力等目標來進行。其中，直線感應電機的牽引特性是根據(jù)額定能力來設置，其牽引力可用式（1）表示：Fg=F-W′（1）式中，F(xiàn)為直線電機的牽引力，W′為列車運行時的阻力，包括電磁阻力、受流產(chǎn)生的阻力和空氣阻力。根據(jù)磁浮列車的相關(guān)運行經(jīng)驗，當額定速度為60km/h時，車輛所受由電磁鐵帶來的電磁阻力約為車重的

6、5‰，并且隨著速度的變化基本趨于穩(wěn)定；參考日本CHSST的運行經(jīng)驗，受流產(chǎn)生的阻力為41.67N左右；空氣阻力可按式（2）計算：式中，Cx為空氣阻力系數(shù)，取決于車體的外形，參照日本CHSST取值為0.443；ρ為空氣密度，取值為1.29kg/m3；S為車體最大橫截面積，取值為10m2；v為列車與空氣的相對速度。動力負荷主要有懸浮系統(tǒng)輔助負荷及車站、維修基地、控制中心的動力、照明等，它的大小根據(jù)具體情況和試驗場地大小及要求而定。1.3主要電氣設備1.3.1變壓器（1）整流變壓器。由于磁浮列車的直流供電電壓宜采用24脈波DC1500V，因此整流變壓器應采用2臺干式、戶內(nèi)、自冷（帶風機）、

7、環(huán)氧樹脂澆注的三繞組整流變壓器。2臺整流變壓器一次側(cè)繞組分別移相+7.5°和-7.5°。空載變比：高壓/低壓/低壓為6kV/0.59kV/0.59kV，連接組別為Dy11-d0。（2）動力變壓器。動力變壓器可采用干式、戶內(nèi)、自冷（帶風機）、環(huán)氧樹脂澆注的三繞組整流變壓器，變比為6kV/0.4kV，連接組別為Dyn11。1.3.2交直流開關(guān)柜（1）交流開關(guān)柜。交流開關(guān)柜應根據(jù)進線電壓的不同選擇不同電壓等級的產(chǎn)品，具有完善的操作、維護和保護功能，滿足全天候運行