城市轨道车辆自牵引技术的应用与探讨

徐逸世

摘要：随着社会经济的不断发展，城市化进程速度的不断加快，城市轨道交通建设规模在进一步扩大。相应的地铁车辆自牵引技术也全面实现了工程化的应用。基于此，本篇文章主要对城市轨道车辆自牵引技术的应用进行深入分析和探讨。

关键词：城市轨道车辆;自牵引技术;应用

前言：现如今，城市轨道交通技术在不断发展，由于车辆运营需求的不断提升，相应地铁车辆的功能也在同步增加，将车辆自牵引技术应用进来，可以使车辆在无外部电力供电情况下的灵活移车全面实现，使库里车辆检修效率得到提升的同时，还全面提升了正常运营线路的故障救援能力。尤其是对于将第三轨供电采用进来的城轨车辆而言，为了使库内检修的安全型得到保证，一般情况下，都不会将供电三轨设置在检修车间，在入库的过程中，会将滑触线供电或者是工程车推送的方式，达到牵引列车的目的。但是对于这两种方式而言，不论是采取任何一种方式，都会加大检修人员的工作量，整体效率也相对较低。将车辆自牵引技术应用进来，就可以使以上问题得到全面阶段，但是也存在一定的问题，就是增加了车辆的重量和一次性投入的成本。所以，必须要使最优的车辆自牵引功能实现，对实际增加设备的重量和体积以及成本进行有效控制，是最为关键的内容。

1车辆自牵引技术的应用现状

所谓车辆自牵引，主要就是以车载储能设备为依据，将能量提供进来，进而驱动车辆，实现低速运行。以车辆运行速度需求的不同为主要依据，不论是系统回路控制方式，还是储能设备的输出功率，均有很大的不同之处。若仅仅在车辆段调车检修中应用自牵引，那么实际车辆运行的速度只需要达到3-5km/h，就可以全面满足实际的要求;在应用自牵引的过程中，若实际工况必须要保证正线载客自救援全面实现，则一般情况下，车辆的运行速度，都会在20km/h左右。对于车辆牵引而言，其主要分为以下两种：首先第一种，就是由于区间的输电设备本身，出现了故障和问题，进而导致高压出现中断的情况，而列车通过对蓄电池的利用，进一步牵引到距离最近的车站之中，组织并疏散相关旅客，最大化降低对于旅客出行的影响;第二种，就是列车在运行的过程中，依据的是第三轨供电，那么列车在回库的过程中，就可以将蓄电池牵引利用进来，在库内不需要对供电轨进行铺设，使作业人员的安全得到保证。现如今，很多地铁车辆生产公司，都将蓄电池自牵引技术设计并应用了进来。本文以北京地铁16号线为例开展应用分析。

2北京地铁16号线列车自牵引系统方案

2.1、设计需求

对于北京地铁16号线而言，其列车为6动2托8辆编组，1500V为额定电压，供电依据受电弓。该车辆的自牵引设计需求具体如下：首先第一点，基于AW3荷载工况下，列车在坡道上的运行速度，应达到4.5km/h;第二点，就是基于AW3荷载工况下，在正线平直线路上，列车的最大运行速度为20km/h;第三点，基于AM3荷载工况下，平直道的最大加速度，应完全超出0.19m/。

2.2、系统方案

对于牵引系统而言，其不论是运行功率，还是相应的电池容量指标，其本身必须要具备行驶到下一站的能力。根据相应的牵引计算结果，可以发现，现如今，对车辆供电起到控制作用的DC110V蓄电池，不论是放电功率，还是容量，均无法满足实际的运行要求，需要将蓄电池工资牵引额外应激进来，又或者是对供电蓄电池的容量和功率进行提高。如果对车辆控制供电用蓄电池的容量进行直接提高，会加大蓄电池组单组容量和体积，导致车下的布局难度进一步增加，整体设计并不科学也不合理。此外，实际车辆在运行过程中，速度要达到20km/h，那么DC110V根本无法满足电机运行过程中的電压要求。主要原因，就是当前阶段，对于牵引系统而言，去将VVVF电机控制采用进来，实际的速度越高，而对于整体直流输入电压的等级要求，也就越高。若将DC/DC升压模块额外增设进来，就会使系统效率进一步降低。以最高运行速度为依据，对逆变器输入电压进行详细计算，得到的结果，应不低于DC200V，根据以上因素，应采取如下方案，即将整车三组蓄电池应用进来，而且对于六个蓄电池箱而言，要在六辆动车中分别安装进来，通过两两串联的方式，使三组蓄电池得以形成，对三辆Mp车进行驱动。

2.3、蓄电池的设计

对于牵引变流器本身而言，其属于强迫风冷，因此，牵引蓄电池本身，不但要实现牵引供电的目的，还要为紧急通风逆变器实施全面供电。以AW3工况为依据，在设定区间线路，开展全面深入的仿真计算，在具体运行的过程中，以3个单元为基准，实际的耗能可以达到27.61kW.h，那么车辆从爬坡开始，到顶端的实际耗能，就是24.39kW.h，在整个坡道上，车辆本身的最大行驶速度，即为5Km/h。不但要对电池的总容量进行考虑，还要对电池的放电功率曲线进行考虑，基于不同的温度工况背景，蓄电池必须要满足实际输出功率特性的具体要求。因此，将180A.h的铅酸电池选用了进来，作为动力电池，通过试验的方式，可以证明，其完全满足实际的用用需求。

2.4、自牵引控制逻辑设计

车辆在运行的过程中，以网络的实际运行状态为依据，可以分为两种模式，一种模式就是正常状态的自牵引模式，另一种模式，就是备用自牵引模式。整体的控制思想如下，就是将硬件自牵引开关设置进来，同时，保证软件逻辑和硬件逻辑这两种全面互锁，若在已经满足相关条件之后，才能进一步进入到自牵引的模式之中，并且对复位信号进行实时检测，当完全满足要求的复位条件时，则自牵引模式就会停止。

2.4.1、正常自牵引模式

在对自牵引的开关进行闭合之后，实际判断动作逻辑有以下几点：第一点，当车辆本身所处模式为非ATO模式，与此同时，司控器手柄也在非牵引的位置，那么方向手柄不为零;第二点，列车本身已经处于一种绝对静止的状态;第三点，就是对于牵引蓄电池本身而言，其实际电压，已经满足了相应条件和要求;第四点，断开HB，蓄电池输出接触器会呈现闭合的状态，那么基于MVB，牵引系统会对级位信息进行接受，使牵引力进一步输出。

2.4.2、备用自牵引模式

基于该模式背景，前提条件不变，那么牵引系统要通过硬线接受牵引级位，且级位只有百分之五十和百分之一百。

所以，当实际的自牵引要求必须要具备自救援能力时，相应的储能装置必须要完全独立考虑，不可与低压供电的蓄电池有所联系。

3自牵引方案的优化原则

地铁车辆运行过程中，具体运行工况如何，主要取决因素，就是线路条件，相应的自牵引方案要以车辆的实际应用需求为依据，开展科学合理的优化和设计，使设备造假成本和运营成本综合最优化的目标全面实现。

3.1、主回路拓扑优化原则

首先，就是有效动力单元的选择，基于自牵引工况背景，实际对于加速度的要求相对较低，因此，可以简单配置车辆动力单元，以北京地铁16号线为例，其中有6个车控动力单元，将三个单元选取进来，就可以满足实际的驱动要求。其次，就是变流器发热核算，对于变流器而言，其最大的作用，就是热管散热，在具体计算的过程中，需要对自牵引过程中存在的温升问题进行充分的考虑，若变流器为强迫风冷的类型，那么要对应急逆变器进行启动，确保将电能提供给风机。

3.2、逻辑控制优化原则

对于自牵引控制逻辑而言，其主要包含两方面内容，手续爱你就是自牵引使能逻辑，其次就是复位逻辑，在实际投入控制逻辑的过程中，要保证高压HB与蓄电池接触器，这两者可以实现完全互锁，并且将软件逻辑应用进来，作为重要的初始条件，进行判断。基于自牵引运行背景，要充分考虑退出逻辑，使系统的安全得到保证。

结束语

总而言之，本文通过案例的方式，对城市轨道车辆自牵引技术的应用进行了全面的阐述，在未来阶段，还需要进一步深化和优化，为后续自牵引技术的全面普及应用奠定坚实的基础。

参考文献：

[1]曹虎，董凯，孙丛君，白旭峰，李华，郝帅，何俊鹏.节能技术在城市轨道交通车辆牵引传动系统中的应用[J].现代城市轨道交通，2019（09）：36-42.

[2]张天军.城市轨道车辆自牵引技术的应用与探讨[J].铁道车辆，2019，57（03）：31-35+5.