地铁列车蓄电池配置及蓄电池牵引方案研究

地铁列车蓄电池配置及蓄电池牵引方案研究

摘要本文对某地铁列车蓄电池组的功能进行分析，明确了蓄电池的列车配置方案，针对地铁列车低压负载和蓄电池牵引的电能需求，给出了蓄电池所带负载的功率计算方法，提出了蓄电池牵引设计方案，分析了蓄电池牵引的控制逻辑，最后结合地铁列车实际功耗进行对比，验证了该方案的有效性和可行性。

关键词地铁列车；蓄电池牵引；蓄电池容量；循环性能

前言

目前我国城市轨道交通大部分都是采用架空接触网或三轨供电方式，要将蓄电池牵引方式集成到已有的城市轨道交通系统中，关键问题是高压输入和蓄电池输入的可靠隔离和逻辑互锁[1]。当区间输电设备故障造成高压中断或列车进入短距离的断电区，可通过激活司机室的蓄电池牵引功能按钮，激活蓄电池牵引[2]。作为城市轨道交通车辆的关键牵引方式，城市轨道交通车辆也对蓄电池牵引有了更高要求[3]。

1 负载功率需求分析

1.1 列车编组配置

列车编组形式为四辆车编组：+Tc1–M1–M2+M3–M4–Tc2+。+表示半自动车钩，-表示半永久式牵引杆，Tc表示带司机室的拖车，M 表示动车，其中蓄电池箱配置在2节Tc车上。

1.2 负载功率计算

列車蓄电池组保证满足全列车紧急负载工作45分钟的需求，正常情况下每组蓄电池仅对本单元直流负载供电，蓄电池容量应以单元负载进行计算。紧急情况下列车负载包括：辅助电源的控制设备、车载ATC设备、载无线系统备、司机室照明、应急通风、空调系统、牵引系统、制动系统、列车监控系统、应急照明、车门系统、广播、媒体及监视系统、客室内外指示灯、继电器等。每组蓄电池所要承担的负载为

暂定电源的变换效率η为0.9，折合为DC110V的最大功率为311W。

2 蓄电池牵引设计方案

2.1 蓄电池牵引系统电路

蓄电池牵引采用2动4拖，当车辆处于蓄电池牵引时，每列车仅两个M1车提供牵引电能，如图1所示。在M1 车牵引逆变器与蓄电池之间设置接触器箱，

以实现高低压的供电隔离。蓄电池牵引时能够保证基本负载工作。

2.2 蓄电池牵引控制方案

司机室电气柜设置【蓄电池牵引】模式开关，当司机操作该开关投入且手动确认，列车进入蓄电池牵引模式。

（1）TCMS在收到蓄电池牵引硬线高电平有效信号后，继续判断列车零速有效；三位置隔离开关均处于受流器位；VVVF及SIV通讯正常；蓄电池电压值≥90V。

（2）TCMS向所有VVVF及SIV发送蓄电池牵引使能信号并保持。

（3）SIV接收到蓄电池牵引使能信号后停机。VVVF接收到蓄电池牵引使能信号后，断开主牵引电路并开启斩波，发送OK信号至TCMS。

（4）TCMS接收到VVVFOK信号，提示司机进入蓄电池牵引模式请确认。

（5）VVVF闭合蓄电池接触器，TCMS判断列车牵引力高于10kN发出保持制动缓解信号。

（6）列车到达指定位置司机操作【蓄电池牵引】至【切除】位，TCMS撤销蓄电池牵引使能信号及进入蓄电池牵引信号，列车退出蓄电池牵引模式。

3 蓄电池牵引能力测试与评估

3.1 蓄电池牵引容量仿真计算

蓄电池牵引工况下仿真如图2所示。

3.2 蓄电池牵引工况循环性能

蓄电池牵引工况下能够进行的循环次数通过查找图3得到。

4 结束语

理论条件下，蓄电池牵引300m，蓄电池放电深度约10%，现有160Ah容量满足蓄电池牵引使用条件。蓄电池牵引蓄电池放电深度3%，对应放电深度下充放电循环次数能达到100000次以上。按照某地铁列车蓄电池牵引4次/月的使用频率计算，可以满足蓄电池寿命周期内的使用需求。这为地铁列车蓄电池配置优化提供了充分的理论依据，对提高电列车运行安全以及紧急情况下的供电可靠性具有重要的指导意义。

图3 蓄电池牵引工况循环性能

参考文献

[1] 曹增明，柳晓峰，周利.上海轨道交通11号线南段工程车辆蓄电池牵引系统设计与研究[J].电力机车与城轨车辆，2012，35（3）：13-15.

[2] 谭海云，李勇.蓄电池牵引在上海地铁16号线车辆上的应用[J].机车电传动，2015，（6）：83-85.

[3] 邓文豪.北京地铁16号线蓄电池牵引方案分析[J].现代城市轨道交通，2016，（6）：20-23.