摘要：随着我国城市化进程的不断推进，城市轨道交通的使用为人们的出行提供了极大的便利，它有效的缓解了现今我国诸多大城市的拥堵问题，为居民提供了一个更加环保、快速的出行方式。而城市轨道交通的有效运营需要一系列的技术作为支撑，轨道车辆电气系统就是其中必不可少一项重要工作。本文主要探讨分析了城市交通轨道的电气系统关键技术发展现状以及展望。
关键词：城市轨道交通；电气系统；现状；展望
我国城市化的不断推进，使得城市人口的数量及车辆都不断的增加，造成了严重的交通拥挤状况，特别是某些出行高峰期，拥挤的交通严重的困扰着广大居民。而城市轨道交通以及运输旅客数量大、速度快、无拥堵及节能环保等优点逐渐的走进了人们的视野，其使用较好的解决了各类城市的交通问题，受到越来越多城市居民的认可及喜爱。通常情况下城市轨道交通要依托于轨道车辆，城市轨道交通车辆一般会在独立的轨道上运行，且要在相应的电气系统的控制下来完成运行任务，而安全可靠的电气传动系统是保证轨道交通安全运行的必要前提，其技术水平直接体现着轨道车辆的质量。因此，城市轨道交通电气自动化一直成为业内研究的热点。
1 城市交通轨道的牵引系统
国内外普遍采用的城市轨道交通牵引供电系统的类型多为交流 25千伏以及直流 1500 伏两种形式，现在也逐渐兴起了将这两种供电制式相结合的模式，称为双制式供电系统。牵引供电系统主要是为了提供电动机车、轻轨、地铁的用电，采用牵引网络进行电流输送。这一系统是电流输出形式、电压强度，以及供电系统类型的集合。城市轨道交通供电系统将直接影响到市民的出行安全、工程项目可以申请的规格、项目搭建标准、工程可融资金等问题，所以正逐渐引起国内外广大学者的关注。下面主要针对牵引供电系统的直流制和交流制分别进行简单的介绍。
直流制。城市中的变电所、牵引网以及接触网的设计和搭建方式主要采用直流 1500 伏特的供电方式。此类型的牵引网采用了双边供电方式，若出现线路故障则换用大双边供电方式，从而达到跨越区域供电的效果。此外，直流制供电方式还采用了杂散电流保护机制。直流制式可以很好的将电能分流到各个网络，且可以进行较远距离的传输，但是由于它的变电模式，导致可以提供的供电距离较短，会增加一部分设备投资成本，此外该系统传输速率较低。综上，此系统并没有很强的优势可言。交流制。交流制式的牵引供电系统，则采用 25 千伏特的交流电进行传输，牵引变电所多采用单向的“电压—电压”相接方式，变电所内装配有两部变压器，这两部变压器多采用双绕组的单相变压方式，它们结合在一起构成了一角开口的三角形结构，其中被接入电网的端口是高压侧的两个开口端以及一个公共端口，接地的一端是低压侧的公共端，其他两个开口端分别与牵引侧母线相接。对于降压系统而言，除了终端降压以外，在线路的区间内也设置了加压系统，方便区间内的设备照明使用。但是因为该系统长时间处在动态取流的状态，接触压力极大，所以采用交流制牵引供电方式对设备的耐磨损要求极高[1]。
2 城市交通轨道的传动系统
城市轨道交通车辆的电力传动系统，从其采用的驱动的电动机看，可分为直流传动与交流传动。直流牵引电动机结构复杂（主要换向器）但其控制原理简单；而交流异步电动机结构简单，但要实现广范围、高性能的调速控制是相当复杂与困难的。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆从直流传动进步为
交流传动的过程也是电力电子器件、微处理器芯片及交流电机调速理论的发展历史。
半控型晶闸管（SCR）使直流斩波调压与相控调压的直流传动得到一次飞跃发展，且那时德国地铁车辆中采用电流型逆变器供电异步电机的交流传动系统已获开发并应用。可关断晶闸管的问世与发展，使采用电压型逆变器的变压变频（VVVF）的交流传动得到迅速的发展，并使欧洲的先进国家在 20 世纪 90 年代的中后期停止生产直流传动的机车车辆，生产先进的交流传动的机车车辆。从电流驱动全控型电力电子器件 GTO 和 BJT 进步为电压驱动全控型器件（GBO 和 IPM），使器件（或模块）的性能进一步提高，交流传动的优良性能也进一步得到发挥。IGBT 模块的阻断电压与器件容量的不断提高，使它也逐步替代了 GTO 在机车车辆上的应用。上海与广州地铁初期进口的国外交流传动车辆上采用 GTO 器件，而现在进口的地铁或轻轨交流传动车辆已改为采用高压 IGBT 模块，从这一点就可看出性能优越的电压驱动全控型 IGBT 模块，不仅在城轨车辆静止辅助电源系统中，而且在主传动系统中已获广泛的应用[2]。
车辆上配备有两台受电弓，分别向一个动力单元提供动力所需的高压电源，这样能有效避免因其中一台受电弓故障时造成牵引逆变器和辅助逆变器停止工作的情况出现。同时，这样还能保证其中一台受电弓故障时，单元车的辅助逆变器仍能正常工作。在其中一台受 电弓故障时，由于其容量有限，所以仅用一台受电弓不能完成动力单元的供给。所以在其 中一台受电弓出现故障的时候，车辆传送系统将会断开故障受电弓一侧的牵引逆变器指 令，从而使其在一定时间内停止工作车辆的电气牵引系统中配备有牵引逆变器，逆变器 的输入端有支撑电容，该电容主要作用是保证逆变器输入电压的稳定，起到能量缓冲的作 用。同时滤波电抗器与电容组成一个装置，此装置能够保证系统电压的稳定，确保逆变器的正常工作。在逆变器装置中，包含了逆变箱逆变器和斩波相控制器。牵引的过程中，直流电将被转化为三相交流电，实现频率和电压的可调性，从而完成对牵引电机的控制。当进行 再生制动的时候，可以将三相交流电重新转化为直流电输送至电网，完成电网的供电在制动 电阻启动后，其会将多余的电能转化为热能排放到空气中。
3 电气技术的发展战略
树立目标，阶段性发展。不同的城市有不同的发展策略，在提高地铁建设的电气技术时，应该因地制宜，依照当地的实际情况，以交通、环境、经济等方面作为参照标准进行目标的制定。在未来发展时既不要停滞不前，也不要急于求成，树立正确合理的目标，实现阶段性的发展；电气技术与节能技术相融合。现在环保已经成为了一个主流话题，所以我们可以把电气技术和节能技术相结合以适应电气技术在地铁上的快速发展，减少浪费。使用节能材料，在提高电气设备耐用性的同时也使得电力系统的压力得到缓解，进而使工作效率得到提高；研发先进技术。在科学技术日新月异的今天，国际上的地铁电气技术也在不断进步，日渐成熟，在进行本国技术发展的同时也不要闭门造车，而应开跨眼界，学习和借鉴其他地铁发达的国家的相关技术，扬长避短，让我国的地铁电气技术更上一层。例如利用线性电机来牵引车辆的技术手段，因其节约成本、节约空间的优点，如今已经在国外使用的越来越多。我国相关部门也应该通过学习和研发，让中国地铁的电气技术能够有能力与之抗衡，为人民生活和出行提供更多便捷。
参考文献：
[1]李潇雅.关于城市轨道交通车辆电气牵引技术发展[J].中国新通信，2016，（10）：136.
[2]李学峰.我国城市轨道交通车辆技术现状和发展趋势[A].中国铁道学会牵引动力委员会、北京铁道学会铁道牵引动力委员会.2008年中国铁道学会牵引动力学术年会——动车组、大功率交流传动机车研讨会论文集[C].中国铁道学会牵引动力委员会、北京铁道学会铁道牵引动力委员会：，2008：2.
论文作者:曾楚涛
论文发表刊物:《基层建设》2017年2期
论文发表时间:2017/4/19
标签：逆变器论文; 车辆论文; 电气论文; 系统论文; 供电系统论文; 电压论文; 技术论文; 《基层建设》2017年2期论文;