市域轨道交通牵引供电制式选择的若干问题研究

摘要

随着城市人口不断膨胀，城区面积不断增大，早期的的市郊通勤铁路已经不能满足人们日益增长的出行需求，于是出现了市域轨道交通形式。机场快线是一种特殊的市域轨道交通形式。某些机场距市中心较远，列车在驶出人口密集的市区后，需要高速运行至机场，以保证与其它交通形式相比的竞争力。这种运输性质特殊的线路对牵引供电系统的要求严苛，国内广泛采用的AC25kV和DC1500V两种牵引供电制式应用在市域规划线都存在其不足，例如交流制式需要的安全绝缘距离更大，直流制式的线路运行速度低、牵引变电所的供电距离短等。因此，研究市域轨道交通牵引供电制式的选择具有重要意义。
　　国内轨道交通的牵引供电制式多采用AC25kV和DC1500V两种，国外也有将这两种制式结合的经验。针对市域规划线的直流制式、交流制式和双制式三种牵引供电方案，文本分析讨论了牵引供电制式选择的四项关联因素后，提出了市域规划线的各个供电方案中存在的关键技术问题。
　　直流制式线路运行速度低，本文通过分析采集到的城市轨道交通弓网燃弧的相关数据，提出了运行速度的提升加剧了燃弧能量，影响车辆安全运行的观点。建立了简单链型悬挂接触网和等效为三元质量块的受电弓的弓网耦合运动模型，通过ANSYS软件仿真得到了弓网动态接触压力，研究了弓头质量对接触压力及受流质量的影响，并通过仿真数据分析了时速160公里条件下，交、直流两种制式受电弓在相同接触网结构下运行的接触压力变化及受流质量。根据牵引供电系统特点和回流接地的基本原理，对直流和交流制式钢轨电位分布规律与特征进行分析，并结合国外运行经验，设计了双制式供电方案时线路区间上的制式分离区。机车通过感应地面磁铁完成电气系统制式切换动作，本文给出了三种双制式列车传动系统配置及切换方案。
　　文章从运输便捷性、系统可靠性和方案经济性三项市域轨道交通牵引供电制式选择的基本原则对市域规划线三种牵引供电方案进行对比分析。通过分析，给出了市域规划线的交流制式和双制式两个优选方案。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 市域轨道交通牵引供电制式选择

1．2．2 双制式供电及双制式牵引车辆

1．2．3 弓网受流质量分析

1．3 本文的研究思路及主要研究内容

第2章 市域轨道交通牵引供电制式

2．1 牵引供电制式关联因素

2．1．1 线网衔接方式

2．1．2 速度目标值

2．1．3 车辆选型

2．1．4 对城市景观的影响

2．2 市域轨道交通牵引供电制式方案

2．2．1 直流1500V牵引供电

2．2．2 交流25kV牵引供电

2．2．3 双制式牵引供电

2．3 本章小结

第3章 牵引供电方案的关键技术问题

3．1 时速160公里条件下直流制式弓网受流质量

3．1．1 弓网系统受流质量分析标准

3．1．2 直流制式条件下运行速度对弓网燃弧的影响

3．1．3 时速160公里市域轨道交通弓网动态接触压力的仿真及分析

3．2 双制式牵引供电方案系统制式分离区

3．2．1 国外经验

3．2．2 接触网绝缘

3．2．3 牵引网回流及钢轨电位

3．2．4 区间线路制式分离区

3．2．5 车辆过系统分离区方案

3．3 双制式牵引列车传动系统配置及切换方式

3．3．1 传动系统相互独立方式

3．3．2 配备双制式牵引变流器方式

3．3．3 配备双制式取流受电弓和双制式牵引变流器方式

3．4 本章小结

第4章 市域轨道交通牵引供电制式选择

4．1 便捷性原则

4．2 可靠性原则

4．2．1 弓网受流系统

4．2．2 车辆电气系统

4．2．3 供电系统

4．3 经济性原则

4．3．1 运营成本

4．3．2 投资成本

4．4 市域规划线的两种优选方案

4．5 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果