中低速磁浮列车动力轨系统设计关键技术的研究.pdf
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1、电力电气化 中低速磁浮列车动力轨系统设计关键技术的研究 刘永红 ( 中铁工程设计咨询集团有限公司,北京1 0 0 0 5 5 ) 摘要:中低速磁悬浮列车适于城市轨道交通,对牵引供电的 动力轨系统与列车受流方式配合、动力轨形式与材质选择、动 力轨系统设计等关键技术进行全面研究。提出动力轨系统设计 关键的技术参数建议,可为中低速磁浮工程设计提供有益的技 术支持。 关键词:中低速磁浮列车;动力轨;关键技术;研究 中图分类号:U 2 2 3 6文献标识码:A 文章编号:1 0 0 4 2 9 5 4 ( 2 0 0 8 ) 0 6 0 0 9 7 0 3 1 概述 磁浮列车是一种新型轨道交通工具,其中
2、低速列 车速度为1 0 0 2 0 0k m h ,具有建设成本低、运营维护 简单、噪声小、爬坡能力强等特点,适用于市内、市郊、 机场、中心城区与卫星城市等公共轨道交通。磁浮列 车牵引供电一般采用D C 7 5 0V 或D C15 0 0V 供电,由动 力轨将牵引变电所的电能传送给列车,动力轨通常采 收稿日期:2 0 0 8 0 3 一1 4 作者简介:刘永红( 1 9 6 9 一) ,男,高级工程师,1 9 9 2 年毕业于西南交通 大学铁道电气化专业,工程硕士。 用刚性结构,通过与列车受流器接触向列车送电。受 动力轨适应速度所限,高速磁浮仅在部分区段设置动 力轨,向列车提供动力照明用电和向
3、车辆转子励磁绕 组提供励磁电流;对于中低速磁浮,动力轨为全线贯通 设置,为列车提供动力照明用电和提供车辆向定子绕 组逆变所需的直流电源。 综上,动力轨与受流器配合是否良好、动力轨设计 是否合理将严重影响磁浮列车的运行质量和维护成 本,有必要对动力轨系统设计关键技术进行深入研究。 2 动力轨与列车受流方式的配合 车辆正常运行时处于悬浮状态,车辆与轨道间没 有机械接触,磁浮列车的供电和回流由两根相互独立 的动力轨实现。磁浮车辆的悬浮、横移、侧向滚动等现 象引起受流器发生垂直和侧向位移,为了保证受流器 与动力轨间稳定的接触压力并可靠受流,需要研究动 力轨与列车受流方式的配合。 磁浮列车多采用“三轨”
4、受流方式,三轨接触受流 分为上接触式、下接触式及侧接触式受流,轮轨设计动 接地间距取6 0 0I n ,雷击点与接地点的距离为3 0 0 m ,A F 线耐雷水平计算结果I = 4 1 4 16 1k A ;接触线、 承力索的耐雷水平计算结果,= 3 8 9 44 6k A 。 按接地间距3 0 0m 计算接触网的耐雷水平 接地间距取3 0 0I n ,雷击点与接地点的距离为1 5 0 m ,A F 线耐雷水平计算结果,= 6 5 5 86 7k A ;接触线、 承力索的耐雷水平计算结果,= 6 2 1 24 6k A 。 按接地间距1 5 0m 计算接触网的耐雷水平 接地问距取1 5 0m
5、,雷击点与接地点的距离为5 0 m ,A F 线耐雷水平计算结果,= 1 5 0 8 01k A ;接触线、 承力索的耐雷水平计算结果,= 1 4 6 8 33k A 。 计算接触网的最大耐雷水平 以o = 3 0 0k V 取支柱接地极的电阻R = 1 0n ,一U 撕2 R = 3 0 0 2 0 = 1 5k A 。 接地点间距与耐雷水平关系 接地点间距与耐雷水平的关系如表1 所示。 由表1 可以看出:接地极的数量多则耐雷水平的 提高倍数值高,在上述计算中未考虑非接地点支柱的 铁道标准设计R A I L W A YS T A N D A R DD E S I G N2 0 0 8 ( 6
6、 ) 接地电阻,事实上是存在的。故此,实际接触网的耐雷 水平比计算值大一些,综合考虑投资因素,建议选取 3 0 0m 设1 处接地极为宜。 表1 接地点间距与耐雷水平的关系 指标l8 0 0m9 0 0m3 0 0m1 5 0m0m 接地极数量1 0k m61 13 36 72 0 0 A F 线耐雷水平k A2 ,4 64 1 46 5 61 5 0 81 5 A F 线耐雷水平提高倍数 l1 6 82 6 7 6 1 36 1 承力索耐雷水平k A 2 3 03 8 96 2 l1 4 6 81 5 承力索耐雷水平提高倍数 l1 6 92 76 3 86 5 2 参考文献: 1 T B l
7、 0 0 0 9 - - 2 0 0 5 ,铁路电力牵引供电设计规范 S 2 D L T 6 2 0 - - 1 9 9 7 ,交流电气装置的过电压保护和绝缘配合 S 3 G B 5 0 0 5 7 - - 9 4 ,建筑物防雷设计规范 S 4 s D J 3 7 9 ,架空送电线路设计技术规程 S 5 周泽存高电压技术 M 北京:永利电力出版社出版, 6 刘明光论接触网上避雷器的应用 J 电气化铁道,2 0 0 5 ( 5 ) 7 翟铁久浅析牵引供电系统的防雷保护 J 铁道标准设计,2 0 0 3 ( 1 1 ) 万方数据 电力电气化 刘永红一中低速磁浮列车动力轨系统设计关键技术的研究 力轨
8、一般采用下接触受流方式。由于磁浮车辆的结 构、限界尺寸的不同,车辆包络着轨道梁,且动力轨安 装在轨道梁上,如果采用下接触受流方式显然不够合 理,因此只能采用侧接触、上接触受流方式。侧接触方 式与上接触比较有如下优点:( 1 ) 采用上接触受流方 式易产生粉尘、污垢等杂物,易被雨雪侵蚀,引起受流 器和动力轨的磨耗和电腐蚀,侧接触不仅可以避免上 述问题,并且在空间设计上,利用了轨道梁“细腰”的 空间,使线路整体布局更加紧凑,且动力轨不容易遭受 雷击;( 2 ) 侧接触式受流方式,动力轨安装在轨道梁两 侧,受流器沿车辆的横向伸缩可补偿车辆横移造成的 受流器与动力轨间的位移;( 3 ) 侧接触式受流方
9、式对 车辆的悬浮和横向限界影响较小。 因此,磁浮列车应采用侧接触受流方式。 3 动力轨系统主要设备材质及工艺的研究 动力轨系统主要设备器材包括动力轨主体、连接 附件、支持装置等。 3 1 动力轨主体 动力轨主体有低炭钢钢轨、钢铝复合轨、接触线 汇流排( 即组合轨) 等类型。确定其形式、材质主要考 虑导电性、散热性、耐磨性能和工程造价,技术上要求 在接触受电过程中不产生过度的机械和电气磨耗。日 本试验线、上海示范线动力轨主体为钢铝复合轨,青城 山试验线、上海“8 6 3 ”试验线、北控唐山试验线采用组 合轨,国防科大试验线为钢轨。 ( 1 ) 主体材质的选择 动力轨主体材质的关键在于受电接触部分
10、的材 质,应具有良好的耐磨性、导流性、耐腐蚀性,同时应与 受电靴在材料、尺寸方面相匹配。从目前应用来看,主 要采用不锈钢和铜两种材质,并掺入微量元素以改善 材料的电气、机械性能。在电气性能方面,不锈钢劣于 铜材质,但在耐磨性和经济性方面优于铜材质。 受电接触部分的材质与列车受电靴的材料、结构 有直接关系,即材料匹配决定了轨靴间的导流与磨耗, 尺寸匹配决定了导流量和接触的可靠问题。当受电靴 采用硬度指标8 0H B 左右的碳材料时,要求动力轨的 硬度指标大于1 0 0H B ,一般按大于受电靴硬度值3 0 H B 设计:铜合金材料的硬度值为1 1 0H B ,钢铝复合轨 不锈钢带的表面硬度为1
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- 低速 列车 动力 系统 设计 关键技术 研究
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