中低速磁浮列車供電系統(tǒng)研究

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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(jìn)行了系統(tǒng)的研宄，包括供電電壓制式的選擇，受流方式的選擇，牽引變電所設(shè)計(jì)原則、負(fù)荷容量的計(jì)算方法及主要電氣設(shè)備，地面制動電阻的設(shè)計(jì)。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(yùn)輸工具，其以高速、節(jié)能、安全、舒適、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)越來越受到人們的關(guān)注。與傳統(tǒng)的輪軌式機(jī)車車輛不同，磁浮列車的支撐和導(dǎo)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(jī)產(chǎn)生的。磁浮列車的關(guān)鍵技術(shù)是牽引技術(shù)、懸浮導(dǎo)向技術(shù)和車輛結(jié)構(gòu)技術(shù)，而安全、可靠、經(jīng)濟(jì)合理的供電系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)磁浮列車安全可

2、靠運(yùn)行的重要保證和前提。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)電壓等級中低速磁浮列車的時(shí)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(jī)場、城際交通。城市軌道交通的特點(diǎn)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(yīng)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(jìn)、安全和節(jié)能等特性。DC750V供電電壓是一種非常成熟

3、的電壓制，在國內(nèi)外城軌的主要交通工具中（地鐵、輕軌等）得到了廣泛的應(yīng)用，其供電設(shè)備、車載電器設(shè)備國內(nèi)外都有許多十分成熟的產(chǎn)品。但其缺點(diǎn)是供電距離比較短（一般1km設(shè)1個變電站），供電電流比較大，投資費(fèi)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DC15⑻V供電以克服上述缺點(diǎn)。它的供電設(shè)備及車載電器設(shè)備國外產(chǎn)品非常成熟，國內(nèi)也早已進(jìn)行了開發(fā)研制，積累了許多經(jīng)驗(yàn)，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(yīng)選擇投資少、占地面積小且耗能低的DC1500V供電電壓制式。牽引變電所容量正確

4、合理地選擇牽引變電所的容量能夠節(jié)省建設(shè)用地和投資費(fèi)用。對于正常運(yùn)行的磁浮列車系統(tǒng)，其牽引變電所應(yīng)由2路互為備用的獨(dú)立電源供電，即由2路互為備用的高壓進(jìn)線系統(tǒng)，2路互為備用的整流變壓器、整流設(shè)備及相關(guān)的開關(guān)設(shè)備組成，以實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)的不間斷供電。在選擇牽引變電所供電設(shè)備容量時(shí)，全線只考慮有1個牽引變電所發(fā)生故障的情況。當(dāng)正線牽引變電所任何1個發(fā)生故障時(shí)，其相鄰牽引變電所采取越區(qū)供電方式，擔(dān)負(fù)起該段磁浮列車的牽引供電負(fù)荷。此負(fù)荷應(yīng)滿足遠(yuǎn)期高峰小時(shí)負(fù)荷。牽引變電所的數(shù)量及其在線路上的位置，必須經(jīng)計(jì)算確定，并滿足在事故狀態(tài)下單邊（或越區(qū)）供電時(shí)接觸網(wǎng)電壓的要求。電氣設(shè)計(jì)最重要的就是確

5、定系統(tǒng)的負(fù)荷容量。由于磁浮列車是一項(xiàng)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(fù)荷由牽引系統(tǒng)負(fù)荷、懸浮系統(tǒng)負(fù)荷、牽引系統(tǒng)和懸浮系統(tǒng)輔助負(fù)荷及車站、維修基地、控制中心的動力、照明等負(fù)荷組成。中低速磁浮列車的牽引變電所的負(fù)荷容量設(shè)計(jì)應(yīng)按照列車運(yùn)行峰值速度、彎道通過速度、坡道通過能力等目標(biāo)來進(jìn)行。其中，直線感應(yīng)電機(jī)的牽引特性是根據(jù)額定能力來設(shè)置，其牽引力可用式（1）表示：Fg=F-W'（1）式中，F(xiàn)為直線電機(jī)的牽引力，W'為列車運(yùn)行時(shí)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(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)額定速度為60km/h時(shí)，車輛所

6、受由電磁鐵帶來的電磁阻力約為車重的5%,并且隨著速度的變化基本趨于穩(wěn)定；參考日本CHSST的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，受流產(chǎn)生的阻力為N左右；空氣阻力可按式（2）計(jì)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；P為空氣密度，取值為kg/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(fù)荷主要有懸浮系統(tǒng)輔助負(fù)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(yàn)場地大小及要求而定。主要電氣設(shè)備變壓器（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(yīng)采用2臺干式、戶內(nèi)、自冷（帶風(fēng)機(jī)）、

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+°和-°?？蛰d變比：高壓/低壓/低壓為6kV/kV/kV,連接組別為Dy11-dO。(2)動力變壓器。動力變壓器可采用干式、戶內(nèi)、自冷(帶風(fēng)機(jī))、環(huán)氧樹脂澆注的三繞組整流變壓器，變比為6kV/kV,連接組別為Dynll。交直流開關(guān)柜(1)交流開關(guān)柜。交流開關(guān)柜應(yīng)根據(jù)進(jìn)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(hù)和保護(hù)功能，滿足全天候運(yùn)行的條件。斷路器具有可靠的電氣“防跳”功能，開關(guān)柜設(shè)“五防”保護(hù)。其交流開關(guān)柜的電壓等級分別為220，11