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城市轨道交通车辆无电网自走行技术的应用与探讨

发表时间：2021/3/26 来源：《中国电力企业管理》2021年1月作者：陈江烽

[导读] 随着经济和交通行业的快速发展，我国城市轨道交通虽然发展比较迅速，但由于发展时间较短，至今尚未建立起一套成熟的城市轨道交通车辆产品标准体系。目前，我国城市轨道交通车辆在设计、制造和维修等方面只能采用相应的国家标准、行业标准、企业标准及相关技术管理文件。这与我国城市轨道交通行业的发展现状不相适用，也无法满足城市轨道交通车辆产品走出国门的标准需求。

浙江省杭州市地铁集团有限责任公司运营分公司陈江烽 310000

摘要：随着经济和交通行业的快速发展，我国城市轨道交通虽然发展比较迅速，但由于发展时间较短，至今尚未建立起一套成熟的城市轨道交通车辆产品标准体系。目前，我国城市轨道交通车辆在设计、制造和维修等方面只能采用相应的国家标准、行业标准、企业标准及相关技术管理文件。这与我国城市轨道交通行业的发展现状不相适用，也无法满足城市轨道交通车辆产品走出国门的标准需求。因此，搭建一套体系完整、技术先进、引领行业发展、助推产品走出去的标准体系是我国城市轨道交通行业发展的迫切需求。我国城市轨道交通企业应充分利用自身特点，组织搭建适合企业发展的产品标准体系，为企业的持续健康发展提供技术支持。而对其供电系统的要求也在不断升高，需要注重新技术的应用。文章主要围绕智能传感器技术与大数据技术开展分析，并阐述了故障检测与健康管理。
关键词：城市轨道交通；车辆无电网自走行
        引言
        随着各行各业的快速发展，为了提高生产作业效率及设备可靠性，基于设备在线监测技术和人工智能技术的应用，建立以设备管控为中心的全维度智能监控运维平台，成为城市轨道交通生产模式变革的大势所趋。通过分析城市轨道交通网络化运营条件下的供电系统运维现状，基于以需求为导向的原则，研究通过智能运维手段解决供电系统运维的途径，提出实现目标和智能运维的场景应用。
        1车辆无电网自走行技术现状
        城轨交通车辆的无电网自走行是指通过车载电池系统装置提供电能，牵引车辆低速运行。根据车辆运行工况（正线坡道或者库内平直道）和速度需求的不同，车载电池系统的输出功率及输出回路控制方式也不同。如果无电网自走行应用的场景仅限于车辆段调车检修，则车辆运行速度达到3～5km/h即可满足需求；如果无电网自走行应用场景是实现正线载客自救援，则车辆运行的最高速度一般需达到20 km/h。车辆无电网自走行的应用场景主要分为两种：①线路区间输电和供电设备故障造成供电中断时，可利用车载电池系统牵引车辆到最近的车站，组织乘客疏散，减少对乘客出行的影响；②列车为第三轨供电，当列车回库时可利用车载电池系统牵引，在库内不用铺设供电轨，保证作业人员的安全。目前，国外城轨交通车辆生产厂家如西门子、庞巴迪等公司在一些城轨交通车辆上使用了蓄电池自牵引技术。
        2车辆无电网自走行供电系统方案
        2.1优选供电系统的运行方式
        通常来说，供电系统多设计为同时引入 2 路外部电源，利用线路变压器组接线方案或者内桥接线路方案分列运行。日间与夜间运行状态下的负荷差距较大，将近 10 倍，同时初近期与远期的电力负荷差距也比较大。若引入的电源接线方式支持合环换电，处于轻负荷或者夜间停运状态下牵引系统整流机组停电与配电变一运一备方式，能够有效降低变损与线损水平，可降低 50%。结合实际情况，编制整晚与前期轻负荷运行方案，采取程控手段实现，不仅简单便于操作，同时能够有效调整系统功率因数。若不支持合环换电，夜间可停止全部整流机组以及系统一半配电变运行，能够降低 30%的变损与线损。除此之外，要做好潮流分析，对运行方式以及安全经济性进行分析。选择供电系统初次投入运行时间节点，开展潮流分析，明确电压分布以及功率分布，同时获得变压器的抽头位置以及无功补偿量大小，保障城市轨道交通供电系统可以达到经济运行状态。根据供电系统负荷状态，优化运行方式，促使设备的负载率得到提高。如果产生三相负荷不平衡的情况，采取调整用电设备的方案，能够减少电能损耗。

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        2.2智能传感器技术
        传感器作为一种数据采集和传输装置，在自动控制系统中发挥一定的作用。在当前科技发展的推动下，智能传感器技术发展较为迅速，其能够有效将计算机技术、信号处理技术及传感技术整合，并发挥自身的作用与优势。如合理的将智能传感器应用到变压器、绝缘栅双极型晶体管等，能够直接得到设备的故障信息，并且可以对设备的寿命进行预测，相比传统传感器来讲，其能够发挥自身高性能、感知精准度高及自适应能力强的优点。再加上智能传感器主要使用微处理器开展运行，具备信息检测与数据处理的功能，有较好的高效性与稳定性，还可以事先自动识别的优点，通过智能传感器的应用能够提高信息获取的效果，并且可以保证信息的准确性与可靠性，合理的将其与后期信息处理衔接，实现传感器内容信息的交换与处理，解决传统需要中转站交换数据存在的问题。因此，在城市轨道交通供电系统建设的过程中，为了能够全面提高建设效率，则可以合理的运用智能传感器技术，并将其安装到供电系统较为重要的设备上，如变压器、绝缘栏等，可以实现设备的故障检测与信息的搜集，并且可以根据实际情况对其各项设备的使用寿命进行详细分析，为工作人员提供准确的信息，以便于提高城市轨道交通供电系统的运行效率，确保遇到相关故障问题能够及时解决。
        2.3供电系统智能运维系统总体设计
        供电系统智能运维平台最终形成两大核心能力，分别是以“机器人+”为核心的无人值守能力以及以智能化为核心的智慧运维能力。这两大核心能力分别实现了对巡检作业方式以及运维管理方式的变革。通过机器人替代人，执行劳动强度大、密集度大、重复性高的巡检工作，全面覆盖供电设备，解决人力瓶颈问题，实现巡检工作的减员增效。在不改变目前系统架构的前提下，融合各类监测、巡检数据，挖掘数据规律，形成运维策略，实现供电设备智能管理，实现运维工作的提质增效。开展负荷预测、故障研判和数据关联等，完善数据驱动能力，形成综合研判功能。应用层立足于变电所内有业务架构和应用架构，通过各业务应用体系的功能完善和智慧赋能，建立一系列新的智慧化应用，包含设备状态感知、巡检任务规划、电力运营调度、资产寿命管理，提升业务执行和服务的能力。
        2.4现有动力蓄电池特性对比分析
        目前，城轨交通列车常用的动力蓄电池是铅酸蓄电池和镍镉蓄电池，地铁车辆普遍使用的是镍镉蓄电池，其最明显的缺点是记忆效应和重金属污染。锂离子电池能量和功率密度更高，在满足车辆牵引性能需求的条件下，锂电池系统的体积和质量最小，低温条件下也能满足车辆牵引动力需求，同时完全免维护，因而锂离子动力电池是车载储能器件的最佳选择。不同类型的锂离子电池有不同的化学体系。目前的锂离子电池主要有三元锂电池、磷酸铁锂电池和钛酸锂电池。不同的正负极材料会导致锂离子电池不同的参数特性及安全特性。
        结语
        综上所述，城市轨道交通供电系统的运行会消耗很多能量，需做好严格的控制。供电系统做为城市轨道交通的重要部分，必须要加强供电系统运行的稳定性，供电的城轨交通车辆，车辆无电网自走行可以避免入库列车采用工程车推送或采用滑触线供电牵引，进而提高库内车辆检修效率。
参考文献
[1]陈辉.并行程控技术在城市轨道交通供电系统中的运用[J].城市轨道交通研究，2018，21（增刊 2）：22-24.
[2]赵佳微，刘炜，张宇，等.有轨电车非接触牵引供电系统供电计算研究[J].电气化铁道，2018，29（增刊 1）：76-79.
[3]沈建强.城市轨道交通牵引联调典型场景测试研究[J].城市轨道交通研究，2018，21（12）：97-100.
[4]黄志强.基于城市轨道交通供电系统的设计及应用[J].山东工业技术，2019（1）：187.