轨道交通

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城市中使用车辆在固定导轨上运行并主要用于城市客运的交通系统,以电能为动力,采取轮轨运输方式的快速大运量公共交通。

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1 引言在城市轨道交通工程中,直-交变压变频的传动方式已经普遍采用。车辆在运行过程中, 由于站间距一般较短, 列车起制动频繁, 因此要求起动加速度和制动减速度大,制动平稳并具有良好的起动和制动性能。从能量相互转换的角度看, 制动能量是相当可观的。虽然电动车组在其直流回路设有电阻耗能装置, 但是受机车空间所限, 不可能设置足以完全吸收这部分动能的装置,剩余能量只能由机械制动补充。由于轨道交通整流设备采用的是二极管整流器,只能单向供电。当列车制动时, 再生回馈能量通过机车变频装置向直流电网充电,使直流电网电压升高,当直流电压大于整流器输出电压时, 二极管整流器被反向阻断。由于地铁系统的特点是区间距离短、列车运行密度高, 这样列车在全线运行过程中必将有频繁的启动、制动过程。根据经验,地铁再生制动产生的反馈能量一般为牵引能量的30%甚至更多。而这些再生能量除了按一定比例(一般为20%~80%, 根据列车运行密度和区间距离的不同而异) 被其它相邻列车吸收利用外,剩余部分将主要被车辆的吸收电阻以发热的方式消耗掉或被线路上的吸收装置吸收。据考察北京地铁750 V 直流供电电压在机车进站制动时可能升到1 000 V 以上,这是由于列车再生制动能量在直流电网上不能被相邻列车完全吸收造成的。当列车发车密度较低时,再生能量被其它车辆吸收的概率将大大降低。有资料表明,当列车发车的间隔大于10 min 时,再生制动能量被吸收的概率几乎为零,这样,绝大部分制动能量将被车辆吸收电阻所吸收, 变成热能并向四外散发。由于列车的制动主要发生在运行过程中,如果再生能量由车辆吸收电阻吸收, 必将带来隧道和站台内的温升问题, 同时也增加了站内环控系统的负担,造成大量的能源浪费并使地铁的建设费用和运行费用增加。在国内的部分地铁线路(如北京地铁) 上已经反映出温升问题相当严重。因此, 对再生能量吸收的相关技术进行系统研究并在地铁工程中使用成熟的再生能量回收装置,将会降低隧道洞体和车站内温度并改善洞内空气质量。同时, 合理的配置再生能量回收装置还能减少车载设备(车辆制动电阻),减少车辆的运营维护工作量,降低车辆成本,减少车辆自重,从而降低列车能耗, 提高车辆加减速性能, 并有可能在一定程度上降低电机的配置容量。
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