有軌電車的牽引供電方式探討

楊樹雄

摘 要：現(xiàn)在很多城市均采用了有軌電車交通方式，此種交通方式與傳統(tǒng)交通相比，不但提高了市民乘車的便利性，并且美化了市容。有軌電車施工與安裝都比較簡單靈活，工程建設成本與周期都比較低，與汽車等交通工具相比，其在能耗與運輸效率上都更具優(yōu)勢。供電系統(tǒng)是影響有軌電車運行效率的主要因素，為提高其運行穩(wěn)定性與安全性，必須要做好對其供電方式的研究。文章對有軌電車的供電方式進行了概述，并重點研究了牽引供電方式。

關鍵詞：有軌電車；牽引供電；供電系統(tǒng)

有軌電車具有能耗低、安全性高以及外觀優(yōu)美等優(yōu)點，現(xiàn)在已經(jīng)有更多的城市將其投入使用。對有軌電車的運行來說，供電方式是影響其運行穩(wěn)定性與安全性的主要因素，傳統(tǒng)的軌道交通供電方式為第三軌供電與架空接觸網(wǎng)供電兩種，其中架空接觸網(wǎng)供電將供電網(wǎng)路架設在車體上方，通過受電弓將電能傳輸?shù)杰囕v供電，具有比較高的安全性。但是對于現(xiàn)代有軌電車運行現(xiàn)狀來看，儲能式牽引供電系統(tǒng)已經(jīng)替代架空接觸網(wǎng)供電方式，可以更好的滿足城市對節(jié)能環(huán)保與改善城市景觀的需求。

1 有軌電車牽引供電概述

對于有軌電車來說，其作為一種傳統(tǒng)的公共交通工具，建設在地面上，并且其供電線路多為地面線路，而傳統(tǒng)的牽引供電方式基本上均是采用的架空接觸網(wǎng)供電或者鋼軌回流供電的方式。與第三軌供電方式相比，架空接觸網(wǎng)供電具有結構簡單與技術成熟等優(yōu)點，但是在城市發(fā)展進程不斷加快的背景下，其在一定程度上會對城市美觀度造成影響，還需要對其做更進一步的研究分析。針對此，為解決有軌電車供電與城市美觀之間的矛盾，經(jīng)過研究確定出三種優(yōu)化方案：第一，針對架空接觸網(wǎng)本身進行景觀設計，降低其對城市美觀造成的不良影響，減少其與周圍環(huán)境支架的差異。第二，采用車載儲能裝置來完成供電需求，直接取消沿線架設的供電所設施。第三，將有軌電車沿線供電設施設置于地面，并采用地面敷設供電設施的方式，對有軌電車進行分段供電，解決供電存在的安全問題。

2 有軌電車地面牽引供電方式研究

2.1 APS系統(tǒng)

APS地面供電系統(tǒng)主要采用了標準埋地式供電軌結構，由工形絕緣軌、DC750V電纜、接觸軌、基礎電纜以及檢測回路等部分組成，如果需要安裝在道岔區(qū)與交叉道口，必須要結合實際情況來對供電模塊結構進行適當?shù)恼{(diào)整。對于APS系統(tǒng)來說，其工形絕緣軌多為玻璃纖維，并且高度在17cm左右，并將于電纜相互連接的2根金屬板條安裝在其表面。另外，弓形軌中心為4條狹槽，用來敷設絕緣節(jié)回線、DC750v電纜以及通信與輔助設備，其中接觸軌長度為8m左右，利用3m長左右的絕緣節(jié)對兩導電軌進行隔離[1]。為保證系統(tǒng)功能的正常運行，應將絕緣節(jié)安裝平行塑料接觸板條，為集電靴提供連續(xù)的行走表面。另外，接觸軌需要在軌道中間按照8m進行分段敷設，二段之間為3m長絕緣段，并且在沿線中需要每隔22m距離設置一個接觸軌電氣控制箱。當有軌電車行駛到某一供電分區(qū)時，所設置的控制箱內(nèi)控制單元就可以接收到列車傳來的編碼信號，然后經(jīng)系統(tǒng)確認后即可向該接觸軌進行供電，而其余分區(qū)則處于斷電狀態(tài)，在保證有軌電車正常行駛的狀態(tài)下，保證其余分區(qū)行人的安全。（圖1）

圖1 APS系統(tǒng)供電示意圖

2.2 TRAMWAVE系統(tǒng)

TRAMWAVE系統(tǒng)為地面供電系統(tǒng)，其結構方式為嵌入式安裝在兩條鋼軌中間的連續(xù)導管內(nèi)部，在滿足接觸軌正常運行的同時，不會對行人及其他車輛的運行造成影響。此種系統(tǒng)只有在車輛行使此區(qū)域時才會被轉向架下的車載磁性集電靴接觸性激活，并且只會對車下固定一小段區(qū)塊供電，其他位置處于斷電狀態(tài)。安裝在車輛轉向架上的集電靴以及地面模塊內(nèi)的柔性導電排均安裝有永磁材料，這樣當向集電靴供電時，柔性導電排受磁力吸引就會向電源正極供電，使得模塊表面帶電，最后集電靴通過與模塊表面的相互接觸來將高壓電引入到車內(nèi)。在集電靴離開模塊供電節(jié)表面后，在重力作用下柔性導線排就會重新回落到安全負極相接觸的位置，使得模塊表面不帶電，同時模塊供電節(jié)表面還應與安全負極相連接，保證乘客人身安全不會受到威脅。對于TRAMWAVE系統(tǒng)來說，其結構主要為一個3m用于內(nèi)嵌的模塊化組件，組件內(nèi)包括地面供電系統(tǒng)正常運行所需要的所有元素。TRAMWAVE系統(tǒng)所有模塊相互連接最終形成TRAMWAVE地面供電軌道，當車輛行駛到該路段時，只有與車下集電靴進行接觸的一塊500mm或者最多2塊1000mm線段處于激活通電狀態(tài)，剩余路段均處于斷電狀態(tài)，在確定軌道電車正常行駛的同時，確保了供電線路的安全性[2]。并且，TRAMWAVE系統(tǒng)自身帶有電路安全環(huán)，在供電時負極電路并不會經(jīng)過車輪與鋼軌，減少了雜散電流造成的危害。（圖2）

圖2 TRAMWAVE系統(tǒng)工作原理示意圖

3 有軌電車車載儲能式牽引供電方式研究

有軌電車所采用的制動方式為再生電制動，能夠將車輛制動產(chǎn)生的動能轉換為電能儲存在車載儲能裝置中，采用儲能式牽引供電方式，能夠更好的解決部分路段不可進行架空接觸網(wǎng)建設的難題。與傳統(tǒng)軌道的供電方式相比，儲能牽引供電系統(tǒng)的設計增加了充電與放電回路以及相應的控制系統(tǒng)[3]。其中，對于系統(tǒng)中充放電控制電路常采用DC/DC變換器，可以起到控制系統(tǒng)降壓與升壓的作用，同時還可以控制系統(tǒng)充放電流的大小。

4 結束語

有軌電車在城市規(guī)劃發(fā)展中逐漸成為新型的公共交通主力，與其他交通系統(tǒng)相比其具有能耗低以及安裝簡單等優(yōu)點，為更好的提升其運行效率，就需要針對其特點，來做好供電系統(tǒng)的研究。對于有軌電車牽引供電方式的研究，需要結合電車運行實際情況來選擇相應的供電方式，并做好每個細節(jié)的管理，提高其運行安全性與穩(wěn)定性。

參考文獻

[1]何治新.現(xiàn)代有軌電車牽引供電方式選擇[J].城市軌道交通研究，2013，7：105-108+113.

[2]蔡波，李鯤鵬.現(xiàn)代有軌電車無接觸網(wǎng)牽引供電方式研究[J].城市軌道交通研究，2015，1：72-77.

[3]王健全，袁富衛(wèi).城市有軌電車供電方式探討[J].電力機車與城軌車輛，2015，1：47-51+58.