城轨产品新技术简介

黄河

摘要：针对国内地铁技术使用情况，简单介绍城轨领域新技术的运用，推荐合理设计方案，优化资源利用，提供更加便捷的基础交通设施服务。

关键词：永磁同步系统;以太网技术;无速度传感器控制;并网供电;蓄电池牵引

中图分类号：TM341;TP212文献标识码：A文章编号：1672-9129（2020）07-0153-01

Abstract：Based on the application of metro technology in China， this paper briefly introduces the application of new technologies in the field of urban rail transit， recommends reasonable design schemes， optimizes the utilization of resources， and provides more convenient basic transportation facilities.

Key words：Permanent magnet synchronous system;Ethernet technology;No speed sensor control;Grid-connected power supply;Accumulator traction

1永磁同步牽引系统技术

永磁同步牵引系统作为下一代城轨牵引系统的发展方向在近年来备受关注。永磁同步牵引系统技术的核心在于永磁同步牵引电机，其诸多优点也是永磁同步电机带来的。与现阶段城轨牵引系统所使用异步牵引电机相比，永磁同步牵引电机具有如下特点：

（1）效率高，能耗低;

（2）体积小，重量轻，功率密度高;

（3）噪声低，可靠性高;

（4）转速平稳，过载能力强;

体积小、重量轻、功率密度高的特点使得永磁同步牵引电机满足直驱电机转速低、电机极数相对较多的要求，从而使得在现有条件下实现直接传动成为可能。它省掉了现有牵引系统必须配备的齿轮箱，解决了齿轮传动带来的传递损耗、噪声和维修等问题;同时可减轻车辆总体重量并提高传动效率，实现牵引系统的节能;此外也给转向架的设计提供了更多的自由空间，提高了车辆的经济性和动力学性能。

永磁同步牵引系统具有节能降耗、提升牵引功率、减少后期维护、提高乘客舒适度等诸多优点。

2车载实时以太网技术

现有列车网络主要使用列车级WTB总线和车辆级MVB总线的网络拓扑结构来实现车载设备的互联与控制，该结构可提供可靠、确定性的数据连接，具有传输可靠的特点。但随着列车智能化水平的不断提升，列车网络需要能够承载更多的数据传输，而现有的WTB、MVB技术已无法满足丰富的车辆状态信息传输需求。

以太网是一种广泛应用的计算机局域网标准，作为列车网络， 车载实时以太网具有以下优点：

（1）具有足够高的带宽，，传输速率高。现有的WTB、MVB传输速率分别为1Mb/s、1.5 Mb/s，而以太网可达100 Mb/s，能做到数据的快速交换，实时性更好;

（2）接口标准统一，有利于系统集成;

（3）可实现车载电气设备的单点维护，维护更加方便;

（4）支持列车控制、诊断、维护、媒体等多个应用。

3无速度传感器技术

现阶段地铁车辆的速度测量主要依靠在电机上布置速度传感器，通过测量电机转速再进一步计算得到列车速度，并以此实现对列车行驶速度的闭环控制。这种通过速度传感器测量速度的模式主要存在以下问题：

（1）速度传感器处于高温、振动大的环境，相对容易损坏，从而导致速度测量失效;

（2）速度传感器采集到的信号要经过远距离传输，在信号传输过程中易受干扰，从而导致测量失准;

（3）速度传感器布线复杂，无形中增加了后期维护工作量。

基于速度传感器的以上缺点，无速度传感器技术成为研究热点，即不依靠速度传感器进行电机转速测量。其速度辨识基本原理就是通过测量电机电流并结合电机模型进行速度估算，估算误差在千分之一以内。

无速度传感器技术的规避了上述速度传感器使用带来的缺点，其次电机无需安装速度传感器后体积可以减小，功率密度会相应提高，最后省去速度传感器及其信号传输、处理装置也能节约成本。

4辅助电源并网供电技术

辅助电源的并网供电技术主要是区别于现阶段的辅助电源扩展供电技术。现阶段地铁列车主要采用辅助电源扩展供电技术，在两辆Tc车上各设置一个辅助电源，两个辅助电源的AC380V输出之间通过扩展供电装置相连。在正常情况下，扩展供电装置是断开的，两个辅助电源的AC380V输出独立给各自单元负载供电。当一台辅助电源故障时，扩展供电装置闭合，进行扩展供电，此时由仍正常工作的辅助电源给整列车的基本负载供电。

并网供电技术整列车配置的辅助电源数量增加，一般情况下为4台。此时会设置一条贯穿整列车的中压母线，每个辅助电源都连接在该中压母线上，负载同样连接在该中压母线上，就相当于4台辅助电源并联为整列车的中压负载供电。

辅助电源并网供电相较于扩展供电最大的优势就是其冗余度更高，当发生单个甚至是两个辅助电源故障时整个辅助电源系统都不用进行减载操作，乘客舒适度不会因此受到影响。

5蓄电池牵引技术

蓄电池牵引就是利用车载DC110V蓄电池给牵引逆变器供电进而驱动列车运行。目前蓄电池牵引技术主要应用于两种场景，一种是第三轨-受流器方式受电的车辆库内调车、另一种是正线运营车辆救援。

国内采用第三轨-受流器方式受电的项目在车辆的正线、运营库、车辆段内都需要设置高压第三轨，而检修库内由于长时间都是检修作业，为了安全起见并不设置第三轨供电。那么这种第三轨受电的车辆在进出检修库时则需要额外配置工程车或者配置滑触线移动供电电源以便将列车牵引进出库，这两种方式作业时间长且程序繁琐，而蓄电池牵引技术正好有效地解决了该问题。

列车在正线运行时，正线供电线路有突然断电的风险，从而导致车辆无法运行。而且供电线路断电故障不能通过其它车辆实施救援，只能等待电力恢复或者隧道内清客乘客自行走到下一站。在这种情况下，利用蓄电池牵引技术则能完美地满足列车自救援需求，在不依靠外力情况下将列车牵引至下一站，不至于给乘客带来恐慌或事故。

参考文献：

[1]王鑫，赵清良，曾明高等.北京地铁国产列车辅助电源系统及其改进[J].机车车辆工艺，2007（2）：26-29.

[2]梅文庆，刘勇，甘韦韦.异步电机无速度传感器控制在地铁车辆上的应用[J].机车电传动，2014第4期.

[3]徐安.以太网在城轨车辆上的应用前景[J]，铁道机车车辆，2010第30 卷第4期.