直流1500V接触轨节能研究.docVIP

摘　要　结合深圳地铁3号线工程设计成果及工程实践,从城市轨道交通牵引授流制式在节约能源、节省资源和减少碳排放等方面的优势进行阐述,充分证明直流1 500V钢铝复合接触轨授流方式是城市轨道交通的发展方向。 关键词　牵引授流制式　直流1500V　架空接触网　钢铝复合接触轨　节约能源　节省资源　低碳环保 能源是国民经济和社会发展的根本。目前,我国是一个能源供应紧张而又浪费严重的国家,虽然能源开发与节约工作取得了重大进展,能源效率有所提高,但与发达国家相比,我国的能源效率和水平依然偏低,节能、环保是时代的主题。为此,城市轨道交通工程也应从长远考虑节能、环保的问题,正确处理城市轨道交通与城市自然环境的关系,通过资源的高效利用、合理配置和有效保护,实现城市可持续发展是城市轨道交通建设及发展的现代理念。 1　影响城市轨道交通牵引用电量的因素 城市轨道交通牵引用电量随不同线路和运输规模而不同,影响牵引用电量大小的因素很多。 1)车辆重量。车辆重量包括自重和乘客重量,车辆自重约占总重量的2/3~4/5。因车辆自重所消耗的用电量占有很大比重,故减少车辆自重,可降低列车耗电量。 2)车辆的启制动方式和特性。车辆采用VVVF交流牵引传动技术,通过调节电压及频率来调节电机转速,其调速性能和节能效果明显优于直流牵引传动系统,可以有效地节约能源。制动时采用电力再生技术回收电能,可节约电能15%左右。而车辆启动加速度大,可以减少用电时间、节约启动耗电;车辆制动减速度大,可以延长惰行时间,从而多利用车辆动能,节约制动耗电。另外,车辆本身的牵引电机和机械特性不同,会影响传动效率,降低或增加电能。 3)线路坡度和曲线半径。线路坡度大、曲线半径小,用电量相应增加。 4)线路形式。线路形式不同,影响列车运行的附加阻力。在隧道中,运行的列车因要克服风洞阻力而增加用电量。列车横断面与隧道断面的比例越大风洞阻力也大,单线隧道的阻力又大于双线隧道的阻力。列车出站线路上坡比下坡要增加用电量。 5)车站站距。车站站间距离小、列车启动次数多、惰行时间短,用电量大。 6)牵引供电系统电压和馈电方式。一般而言,提高牵引电压,可以减少线路损失,节约用电量。在相同牵引电压下,采用钢铝复合接触轨授电要比采用架空网授电减少线路损失(因采用接触轨授电时牵引网电阻通常较小)。上下行并路馈电要比分路馈电节约用电,双边馈电要比单边馈电节约用电。 7)列车最高速度。列车运行最高速度与耗电量几乎成平方关系,列车运行速度高,列车动能大,启动电流强,用电时间长。 以上这些都是影响牵引用电量的因素,往往在方案选择和可行性论证中互相影响而不确定。其中,与牵引供电密切相关的是牵引供电系统电压和馈电方式,亦即牵引供电制式。 2　牵引供电制式 城市轨道交通牵引供电制式主要是指电流制、电压等级和授流方式等,它制约着城市轨道交通牵引变电所的形式及规模。 1)电流制。城市轨道交通系统的牵引供电制式宜采用直流制。 2)电压等级。城市轨道交通的发展历史比较长,而不同国家、不同时期所采用的电压等级也多种多样,但发展趋向是IEC的DC 600V、750V、1 500V三种,我国城市轨道交通直流牵引供电系统采用DC 750 V和DC 1 500V两个电压等级。采用DC1 500V供电,可以更大限度地发挥车辆的牵引功率,减小车辆重量和能量损耗。 具体选择哪种电压等级,需根据车辆、线路结构和电气设备水平而定。从经济角度看,选用DC 1 500 V较好,它可以增加牵引供电距离,减少牵引变电所数量,减少电能损失,节约投资和运行费用,同时还可以减少杂散电流。但是,在采用DC 1 500V电压等级时,必须提高牵引变电所和车辆直流电器电机设备的绝缘水平。 3)授流方式。在目前的城市轨道交通系统中,地铁的授流方式分为接触轨(俗称“第三轨”)、架空接触网、导向轨(橡胶轮车)三种。接触轨的电压范围是DC 600~1 500V,架空接触网一般采用DC 1 500V。传统认为架空接触网比较安全,但其系统可靠性较差、运营风险高、维护工作量大、运行费用高。而接触轨运行维护简便、工作量少、运行费用低,而且线路电能损耗小,可以充分利用隧道空间。相对架空接触网而言,接触轨系统的城市景观较好。 GB/T 10411—2005《城市轨道交通直流牵引供电系统》规定:“向地铁电动客车供给电源的接触网,分为接触轨和架空接触网。架空接触网又可分为柔性接触和刚性接触,并以地铁的走行轨或专用回流轨作为牵引电流的回流电路。电压在DC 1 500V及以上的接触网宜采用架空形式。”我国近期修建的城市轨道交通,根据IEC标准和我国国家标准的规定,分为DC750V和DC 1 500V两个电压等级,接触轨一般采用DC 750V,架空接触网一般采用DC1 500V,并都采用走行轨回流方式。采用DC