直流1500V接觸軌節(jié)能研究

1、摘 要 結(jié)合深圳地鐵3號線工程設(shè)計(jì)成果及工程實(shí)踐，從城市軌道交通牽引授 流制式在節(jié)約能源、節(jié)省資源和減少碳排放等方面的優(yōu)勢進(jìn)行闡述，充分證明直流1 500V鋼鋁復(fù)合接觸軌授流方式是城市軌道交通的發(fā)展方向。關(guān)鍵詞 牽引授流制式直流1500V架空接觸網(wǎng)鋼鋁復(fù)合接觸軌節(jié)約能源節(jié)省資源低碳環(huán)保 能源是國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的根本。目前,我國是一個(gè)能源供應(yīng)緊張而又浪費(fèi)嚴(yán)重的國家，雖然能源開發(fā)與節(jié)約工作取得了重大進(jìn)展，能源效率有所提高 但與發(fā)達(dá)國家相比，我國的能源效率和水平依然偏低，節(jié)能、環(huán)保是時(shí)代的主題。 為此，城市軌道交通工程也應(yīng)從長遠(yuǎn)考慮節(jié)能、環(huán)保的問題，正確處理城市軌道交通與城市自然環(huán)境的關(guān)系，通過資

2、源的高效利用、合理配置和有效保護(hù)，實(shí)現(xiàn)城市 可持續(xù)發(fā)展是城市軌道交通建設(shè)及發(fā)展的現(xiàn)代理念。1影響城市軌道交通牽引用電量的因素城市軌道交通牽引用電量隨不同線路和運(yùn)輸規(guī)模而不同，影響牽引用電量大小的因素很多。1）車輛重量。車輛重量包括自重和乘客重量，車輛自重約占總重量的 2/34/5。因 車輛自重所消耗的用電量占有很大比重，故減少車輛自重，可降低列車耗電量。2） 車輛的啟制動(dòng)方式和特性。車輛采用 VVVF交流牽引傳動(dòng)技術(shù)，通過調(diào)節(jié)電壓及 頻率來調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，其調(diào)速性能和節(jié)能效果明顯優(yōu)于直流牽引傳動(dòng)系統(tǒng)，可以有 效地節(jié)約能源。制動(dòng)時(shí)采用電力再生技術(shù)回收電能 ，可節(jié)約電能15%左右。而車 輛啟動(dòng)加速度

3、大，可以減少用電時(shí)間、節(jié)約啟動(dòng)耗電；車輛制動(dòng)減速度大，可以延長 惰行時(shí)間，從而多利用車輛動(dòng)能，節(jié)約制動(dòng)耗電。另外,車輛本身的牽引電機(jī)和機(jī)械 特性不同，會(huì)影響傳動(dòng)效率，降低或增加電能。3）線路坡度和曲線半徑。線路坡度 大、曲線半徑小,用電量相應(yīng)增加。4）線路形式。線路形式不同，影響列車運(yùn)行的 附加阻力。在隧道中，運(yùn)行的列車因要克服風(fēng)洞阻力而增加用電量。列車橫斷面 與隧道斷面的比例越大風(fēng)洞阻力也大，單線隧道的阻力又大于雙線隧道的阻力。 列車出站線路上坡比下坡要增加用電量。5）車站站距。車站站間距離小、列車啟動(dòng)次數(shù)多、惰行時(shí)間短，用電量大。6）牽引供電系統(tǒng)電壓和饋電方式。一般而 言,提高牽引電壓，可

4、以減少線路損失，節(jié)約用電量。在相同牽引電壓下，采用鋼鋁復(fù) 合接觸軌授電要比采用架空網(wǎng)授電減少線路損失（因采用接觸軌授電時(shí)牽引網(wǎng)電阻通常較?。?。上下行并路饋電要比分路饋電節(jié)約用電，雙邊饋電要比單邊饋電節(jié) 約用電。7）列車最咼速度。列車運(yùn)行最咼速度與耗電量幾乎成平方關(guān)系，列車運(yùn)行速度高，列車動(dòng)能大，啟動(dòng)電流強(qiáng)，用電時(shí)間長。 以上這些都是影響牽引用電量 的因素，往往在方案選擇和可行性論證中互相影響而不確定。其中，與牽引供電密切相關(guān)的是牽引供電系統(tǒng)電壓和饋電方式，亦即牽引供電制式。2牽引供電制式 城市軌道交通牽引供電制式主要是指電流制、電壓等級和授 流方式等，它制約著城市軌道交通牽引變電所的形式及規(guī)模

5、。1）電流制。城市軌道交通系統(tǒng)的牽引供電制式宜采用直流制。2）電壓等級。城市軌道交通的發(fā)展歷史比較長，而不同國家、不同時(shí)期所采用的電壓等級也多種多樣，但發(fā)展趨向是IEC的DC 600V、750V、1 500V三種,我國城市軌道交通直流牽引供電系統(tǒng)采用 DC 750 V和DC 1 500V兩個(gè)電壓等級。采用 DC1 500V供電，可以更大限度地發(fā) 揮車輛的牽引功率，減小車輛重量和能量損耗。 具體選擇哪種電壓等級，需根據(jù)車 輛、線路結(jié)構(gòu)和電氣設(shè)備水平而定。從經(jīng)濟(jì)角度看，選用DC 1 500 V較好,它可以 增加牽引供電距離，減少牽引變電所數(shù)量，減少電能損失，節(jié)約投資和運(yùn)行費(fèi)用，同 時(shí)還可以減少雜散

6、電流。但是，在采用DC 1 500V電壓等級時(shí)，必須提高牽引變電 所和車輛直流電器電機(jī)設(shè)備的絕緣水平。3）授流方式。在目前的城市軌道交通系統(tǒng)中,地鐵的授流方式分為接觸軌（俗稱第三軌”、架空接觸網(wǎng)、導(dǎo)向軌（橡膠輪車）三種。接觸軌的電壓范圍是DC 6001 500V架空接觸網(wǎng)一般采用 DC 1500V。傳統(tǒng)認(rèn)為架空接觸網(wǎng)比較安全，但其系統(tǒng)可靠性較差、運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)高、維護(hù) 工作量大、運(yùn)行費(fèi)用高。而接觸軌運(yùn)行維護(hù)簡便、工作量少、運(yùn)行費(fèi)用低，而且線路電能損耗小，可以充分利用隧道空間。相對架空接觸網(wǎng)而言，接觸軌系統(tǒng)的城 市景觀較好。GB/T 104112005城市軌道交通直流牽引供電系統(tǒng)規(guī)定：向 地鐵電動(dòng)客車

7、供給電源的接觸網(wǎng)，分為接觸軌和架空接觸網(wǎng)。架空接觸網(wǎng)又可分 為柔性接觸和剛性接觸，并以地鐵的走行軌或?qū)Ｓ没亓鬈壸鳛闋恳娏鞯幕亓麟?路。電壓在DC 1 500V及以上的接觸網(wǎng)宜采用架空形式?！蔽覈谛藿ǖ某鞘?軌道交通，根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)和我國國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，分為DC750V和DC 1 500V兩個(gè) 電壓等級，接觸軌一般采用DC 750V架空接觸網(wǎng)一般采用DC1 500V,并都采用走 行軌回流方式。采用DC 1 500V供電，可以更大限度地發(fā)揮車輛的牽引功效，降低 車重和能量損耗。3運(yùn)行安全性在運(yùn)行安全性方面，剛性架空接觸網(wǎng)懸掛安裝架設(shè)在車輛上方，帶電體遠(yuǎn)離人群日?；顒?dòng)的地方，發(fā)生觸電的可能性小

8、，適宜于地下線路，安全性 高;接觸軌沿軌道敷設(shè)，安裝在軌道旁，如軌道旁邊有人行走或檢修，與人身接觸、 發(fā)生觸電的可能性相對較大些。對DC 1 500V接觸軌系統(tǒng)，在采用下部授流方式之后，提高了帶電體的防護(hù)范圍，安全性較接觸軌上部授流大大提高，但和架空剛 性接觸網(wǎng)相比安全性仍稍差，需要從維護(hù)管理制度以及疏導(dǎo)體系等方面進(jìn)行嚴(yán)格 管理和控制。在發(fā)生事故緊急疏散乘客時(shí)，架空接觸網(wǎng)將給人們更大的安全性。 在采取相應(yīng)安全措施的情況下，接觸軌的安全性可以得到保證。1）接觸軌采用防護(hù)罩，防護(hù)罩任何一點(diǎn)可承受10 kV電壓。2）線路采用全封閉運(yùn)行，且站臺(tái)設(shè)有屏 蔽門或安全門，可確保乘客安全。3）夜間停運(yùn)檢修，接

9、觸軌也隨之?dāng)嚯?、掛地線， 不存在對維修人員的安全威脅。4）當(dāng)列車在區(qū)間需要立即疏散乘客時(shí)，接觸軌敷 設(shè)在疏散平臺(tái)下，車站控制室可對接觸軌緊急停電，不會(huì)給乘客帶來安全威脅。5） 事故發(fā)生時(shí)，各種措施（消防、行調(diào)、SACDA、保護(hù)等）已確保接觸軌及時(shí)可靠斷 電。4牽引供電距離 客運(yùn)量是決定城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備容量的主要依據(jù)。一般而言，客流量越大，高峰小時(shí)列車最小追蹤間隔時(shí)分越小，列車編組數(shù)越大（即 列車重量越大）。在牽引電壓一定的條件下，列車的牽引電流與列車的重量成正比， 列車重量大，則列車牽引電流大，牽引電壓損失也大，供電距離小。在列車牽引功率 一定的條件下，列車牽引電流與牽引電壓的等級成反

10、比 ，牽引電壓等級高，則列車 牽引電流小，牽引電壓損失也小，供電距離長。在通常情況下,DC 750 V系統(tǒng)的供 電距離為12 km,而DC 1 500V系統(tǒng)的供電距離為23.5 km。因此，采用DC 1 500V電壓等級,可以較大比例地減少牽引電壓損失，達(dá)到低能耗的標(biāo)準(zhǔn)。5全壽命周期成本接觸網(wǎng)的使用壽命，關(guān)系到其更新改造的再投資。在接觸線 允許磨耗方面，剛性懸掛允許磨耗為 50%。架空接觸網(wǎng)主要通過換線來實(shí)現(xiàn)接觸 網(wǎng)更新，根據(jù)國內(nèi)外運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，列車在800弓架次/天通過時(shí)，架空接觸線的使用壽 命一般為1015年，剛性接觸線n型部分為3050年。接觸軌的特點(diǎn)是堅(jiān)固耐磨， 使用壽命長，在倫敦地鐵有使

11、用超過100年的接觸軌。前幾年，北京地鐵曾對低碳 鋼接觸軌磨耗狀況進(jìn)行過檢測，經(jīng)過20多年的運(yùn)營，其磨耗量不到5%。按此推算, 接觸軌使用100年，其磨耗量也不到25%；即使出于安全考慮，接觸軌的使用壽命按 60年計(jì)算，也遠(yuǎn)比架空接觸網(wǎng)的使用壽命要長很多。接觸軌支撐和防護(hù)系統(tǒng)的設(shè) 備壽命主要由設(shè)備的材料所限制，地面線受紫外線影響通常為15年，地下線可以 達(dá)到20年。在不同的行車對數(shù)和密度下，根據(jù)國內(nèi)外相關(guān)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，鋼鋁復(fù)合導(dǎo) 電軌的壽命可以達(dá)到5070年以上。因此，從全壽命周期成本考慮，采用鋼鋁復(fù)合 導(dǎo)電軌要明顯優(yōu)于剛性接觸網(wǎng)，能達(dá)到節(jié)省資源的目的。6能量損耗 牽引供電系統(tǒng)的能量損耗分為電源

12、系統(tǒng)損耗、牽引整流機(jī)組損耗 和牽引網(wǎng)損耗。 對于DC 750V和DC 1 500V電壓等級，可以認(rèn)為電源系統(tǒng)的能 量損耗不變。但在DC 750 V電壓等級時(shí)，全線牽引整流機(jī)組的總安裝容量較大, 因而牽引整流機(jī)組的空載損耗大；牽引網(wǎng)上流過的電流大，所以其牽引網(wǎng)損耗也較 大。以深圳地鐵3號線首期工程為例，4種牽引供電制式的能量損耗對比如表1所示，其中，剛性懸掛牽引網(wǎng)阻抗為0.028 Q/km柔性懸掛牽引網(wǎng)阻抗為0.042 Q/km, 鋼鋁復(fù)合接觸軌牽引網(wǎng)阻抗為 0.019 Q/km 從表1可知,由于鋼鋁復(fù)合接觸軌牽 引網(wǎng)阻抗最小，采用DC 1 500V全線接觸軌方案可以最大限度地減少能量損耗。 相

13、對于DC 750V接觸軌，每公里線路每年可減少碳排放量約 60 t,相對于DC 1500V架空接觸網(wǎng)，每公里線路每年可減少碳排放量約 36 to人的身體也是一個(gè)風(fēng)水寶地。你的心念，你的所想所思，內(nèi)在的情志，從你的外在，展現(xiàn)的淋漓盡致。你內(nèi)心是不安，還是從容，都會(huì)從你的言語和行為中展現(xiàn)出來，所以人身體的本身就是一個(gè)風(fēng)水場，它又是一個(gè)強(qiáng)大的磁場，吸引和抵御著好與壞的事物。人身體內(nèi)在的機(jī)體，在儒家思想里以仁、義、禮、智、信來表述。佛家的思想中被闡述為，地、 水、火、風(fēng)。老子；以道、天、地、王來表述。你的四大平穩(wěn)和合，你身體的風(fēng)水就為上乘風(fēng)水，散發(fā)的都是好的能量，你的四大不合，就為差風(fēng)水，散發(fā)出來的就是壞的能量。真正的好風(fēng)水，好人生，其實(shí)就是我們內(nèi)心的高貴。