有轨电车非接触牵引供电系统供电计算研究

张春雨 黄宝亮

摘 要： 科学技术的发展迅速，我国的各行各业的发展也有了相应的改善。传统有轨电车牵引供电普遍采用架空接触网或接触轨供电，钢轨回流的方式，该方式结构简单，投资成本及维护成本低，但接触式供电方式不可避免存在磨损、火花、绝缘等问题，且对城市景观和安全问题也有不容忽视的影响。与接触式供电方式相比，无线电能传输技术克服了导线裸露、器件磨损、接触电火花等一系列问题，具有便捷、灵活、安全及环境友好等优点，并可有效化解供电安全可靠性与城市景观之间的矛盾。

关键词： 有轨电车;非接触牵引供电系统;供电计算研究

【中图分类号】U482.1     【文獻标识码】A     【文章编号】1674-3733（2020）11-0179-01

引言：有轨电车作为一种历史悠久的交通工具，在我国的城市公共交通体系中曾经占有一席之地，后来，随着社会的发展，传统的有轨电车因为轨道和线路铺设等问题，影响了城市的发展而一度销声匿迹。现在，随着有轨电车技术的不断提高和城市交通压力的进一步加大，这种运载量大，高效便捷，节能环保的交通工具有一次出现在了人们的视野中，开始成为城市公共交通的解决方案之一。

1 牵引供电方式的分类

从静止的供电设备中给移动列车提供持续的电力就是牵引供电的作用，有轨电车牵引供电的最基本方式就是实时授流和非实时授流两种。实时授流方式是在沿线敷设供电设备，和车载受电器进行实时接触，做到在电网中把持续大容量的电力供应给移动列车。这种供电方法已经被积极应用于国铁AC25kV和地铁DC750V、DC1500V的牵引供电方案中。非实时授流方案是用车载储能进行牵引，在指定的地方为列车进行快速充电，在指定区域以外的路段是没有充电设施的。这种供电方法通常被积极应用于现代电动汽车市场中。实时授流方式根据其传送方式又被分为了接触式供电方式和非接触式供电方式。接触式供电方式通常采取滑动接触和滚动接触，滑动接触供电应用于普通车辆的正极，滚动接触供电被应用于普通车辆的负极。基于电磁感应原理的电能传输形成了大容量的非接触式供电，因为不一样的回流方式又被分为钢轨回流和专用轨回流两类。完成无架空接触网供电有两项技术方案：第一项是采取实时授流供电，顺着行驶线路安置供电设备，例如在封闭式专用路段的城市轨道交通中使用第三轨供电方法;第二项是用车载储能式牵引供电，取消在行驶线路中装置供电设备。但还是有两个问题需要引起重视，第一是供电轨不能安装在路面外，因为会影响其他车辆行驶;第二是要重视道路中车辆和人民安全，除了在正常行驶时间外，供电轨不能带电。技术人员可以把沿线供电设备进行区域划分，划分出的每个区域路长不能超过列车长度;根据列车运行情况灵活调控各区域是否可以带电。目前处于迎合现代有轨电车无架空接触网需求的目的，我国和国外其他国家一些有技术实力的有轨电车公司，都制定出了独具特色、优势的无架空接触网解决措施。像西门子、中国南车株洲电力机车有限公司以及卡佛等研发的现代有轨电车系统都是采用车载储能式牵引供电。

2 有轨电车非接触牵引供电系统供电计算

2.1 Tramwave系统

该系统也是一种接触试的地面供电系统。安装在地面的供电导轨是柔性永磁材质，预制配套的车辆受电靴也是磁性材质，因此，在车辆经过供电导轨上方时，会吸引柔性导轨产生形变上升，从而与受电靴产生接触实现供电。当受电靴离开该段供电导轨后，导轨受重力作用，自然落回地面，导轨表面断电，保证周围人员的安全。该系统相对于PRIMOVE系统，其供电控制更加简单，能够做到更加安全的防触电保护，但是目前，该项技术还处在研发阶段，某些问题尚待解决，相信不就得将来这项技术就能够投入使用，为有轨电车这一交通方式提供更加安全的供电方式。

2.2 APS系统

APS系统属于无架空接触网供电系统，采用地面接触轨供电，钢轨回流的方式。APS系统主要分为接触轨、支架、直流配电单元、直流监控系统几大部分。APS系统的供电轨布设于两条平行的行走轨道之间，供电轨并非连续铺设，而是根据一定的长度分段铺设，两端供电轨之间保持绝缘，从而防止出现触电意外。电车上安装专用的受电靴，用于车辆从供电轨上取电。在轨道沿线每个一段距离设置一个控制箱，当检测到车辆行经每个区段后，负责控制该段的控制箱接收到车辆的信号，想该段接触轨供电，其余部分的接触轨保持绝缘，从而保证用电安全，防止发生触电事故。APS系统采用了新型的地面接触轨供电技术，从而避免了传统牵引供电系统所使用的架空线路对于城市景观的破坏，对于在城市特殊景观地区采用有轨电车作为公共交通解决方案提供了可能性。除此之外，APS系统还具有较高的灵活性，可以与多种方案进行结合，例如与传统架空线路结合使用，在特殊景观保护区域使用地面供电轨，在普通地区采用架空线路供电。APS系统虽然能够有效的减少对于城市市容市貌的影响，但是由于地面供电的特殊性，因此对于供电线路附近的安全性、排水性、可靠性等具有很高的要求，另外，该系统需要在沿线埋设大量的信号接收控制设备，对于施工要求较高，也需要大量的成本。[5]目前，APS系统的造价约合4000至5000万每公里，如果大量投入使用，会对于城市财政造成一定影响。

2.3 储能式供电系统

储能式供电是现代电动汽车的设计理念在有轨电车上的延伸应用。随着电动车辆技术的发展，锂电池、氢燃料电池、超级电容等储电技术及其控制技术得到了空前的发展。现代有轨电车通常采用的是交流传动技术，车载储能装置能够将车辆制动、车辆下坡时产生的摩擦和重力势能等能量转化为电能储存起来，作为电车的形式能源进行使用。储能式有对电车能够彻底解决车辆供电基础设施的建设问题，能够在不方面进行供电设施施工的区域采用储能式供电车辆进行运营。储能式供电技术采用的是车辆本身的携带的能源作为动力，与依靠线路进行实时供电的方式有着本质的区别。储能式供电系统，彻底消除了电车的架空线路对于城市环境的影响，避免了大量供电线路的潜在安全问题，适应于各种地形环境，是现代有轨电车牵引供电的一个重要发展方向。但是这种方式也有着一些现阶段难以克服的弊端。

结语：能量传输机构即逆变器、初级发射线圈和次级拾取线圈所引起的压降大于线路所引起的压降，可以在非接触供电系统电压输出端设置DC-DC装置升压。线圈的参数对功率传输效率具有很大影响，线圈设计时应对参数进行优化，以提高传输效率，减少能量的损失。

参考文献

[1] 蔡波，李鲲鹏.现代有轨电车无接触网牵引供电方式研究[J].城市轨道交通研究，2015，18（1）：72-77.

[2] 李永攀.现代有轨电车无接触网牵引供电方式研究[J].工程技术：引文版，2016（8）：00150-00150.

[3] 何治新.现代有轨电车牵引供电方式选择[J].城市轨道交通研究，2013，16（7）：105-108.

[4] 霍长龙.基于车载超级电容的现代有轨电车牵引供电方案研究[J].电气应用，2016（7）：90-92.