对APM线的牵引供电选择分析

对APM线的牵引供电选择分析摘要：随着社会经济的发展，人们对于出行的要求也越来越高。各种城市轨道交通不断涌现，为人们提供了越来越多的便利。本文主要讨论了APM线的供电选择，理论与实际结合，分析这种供电方式选择的必然缘由，也为以后类似商品出了作参考，最后提出了一些改进意见。关键词：APM牵引供电珠江新城牵引方式背景意义：全自动旅客捷运系统（APM）系统英文全称AutomatedPeopleMoversystems，该系统也称为自动导轨快捷运输系统（AGTS）。这种交通系统适用于中等客运量、短距离的环境要求。以电力驱动的胶轮导轨形式为主，铺设方式灵活多样，可广泛应用于机场、游乐场、中央商务区和郊区到城区之间的循环运输。美国佛罗里达的坦帕国际机场是全球第一家采用全自动旅客捷运系统(APM)的机场,并且是加拿大庞巴迪运输集团目前正在使用的最长的APM系统的业主。自1971以来，庞巴迪已经为坦帕国际机场设计和装备了6套高架旅客捷运系统,而且更换了原来的两条线路。在我国，北京首都国际机场于2008年开通了国内第一个APM系统，2010年11月8日，广州珠江新城全地下APM线开通。广州市珠江新城旅客自动输送系统工程（APM）是珠江新城CBD地区和天河商贸区内部的公交骨干线，满足其内部、珠江新城与天河商贸区、观光塔的客流需求，以及旅游观光购物的出行需要，同时作为轨道线网的补充，促进城市轨道交通线网功能的充分发挥。我们现已该案例为主进行分析。技术原理：供电系统由外部电源、中压供电网络、车站及区间动力照明供电系统、电力监控系统和接地系统等部分组成。电源采用10KV供电制式，四路外部10KV电源分别取自各自地区电网的中轴110/10KV变电站和双子110/10KV变电站。牵引供电系统采用三相AC600V供电制式，三相三线制、中性点经高电阻接地。车站及区间动力照明供电系统选用380/220V电压等级，三相四线制，中性点直接接地。1.交流和直流APM运行特点决定了更加经济合理的交流供电方式：供电直接取自当地10KV电压网络，并且经过相对简单的变压之后可直接应用于三相交流牵引电机，对当地电网的质量影响不大。就牵引电机而言，不选用直流传动方式是因为无论是直直型还是交直型传动，共同点是采用直流牵引电动机，都可通过控制励磁电流使牵引电机具有所要求的软特性和良好的防空转性能。但是直流电动机结构上的缺点是存在电刷和换向器，无法改变电机存在的火花和环火的致命缺陷，从而限制了直流电动机的功率和容量，不能很好地满足APM的建设要求。而交流异步电动机优越之处表现在：构造简单，转速高；粘着性能好；功率大，牵引力大可靠性高；维修简便；使用灵活性强，动力性能和制动性能较好。就供电系统而言，APM线运行距离短，载客量小，相比地铁之类对供电质量要求不太严格。虽然直流系统能提供稳定的列车牵引电源，受电压波动影响小，远距离供电方面电压降比较小，但是设备投资比较大，对设备安装空间和维护要求要高，保护设置比较复杂。交流供电则与之相反，建设投资较少，而且交流系统中性点大电阻接地方式能保证出现单相接地的时候能在一定时间内（APM设计为一小时）继续维持供电系统运行，保障运营列车的正常行驶，提高了运行的可靠性。2单相和三相单相供电（确切的讲是两相供电，一相供上行，一相供下行，另一相接地），会造成三相严重不对称，并由此产生严重的负序电流分量，再加上交流电进入机车后要整流，又有高次谐波产生，严重影响周围电网质量。牵引电流制的发展过程中，个别国家如瑞士、法国等，还采用了3.6kV的三相交流制，电力机车牵引电动机采用三相交流异步电动机。三相交流制是三相对称供电，不仅不会影响电力系统的三相对称性，而且也能削弱电压变化中形成的3的倍数次谐波，能将无功功率、通讯干扰减到最小。同时牵引变电所和电力机车的结构也都相对简化。但缺点是机车供电线路复杂，然而在APM系统中车辆及轨道占地面积小,无需大量基础建设及用地拆迁，其建设成本为地铁的30%以下。所以三相供电接触线轨较好实现，接触轨采用AC600V电压制式，采用五轨（三条供电轨，两条接地轨）形式安装，与传统的城市轨道交通的其他接触网形式有较大的差异。在供电方面主要特点表现在以下几个方面：（1）采用三相交流供电系统，系统复杂，设置的牵引供电上网点多。与国内其他城市轨道交通采用直流供电形式相比，APM线采用交流供电，由于牵引电压等级低，可在接触轨供电分区内设置多处上网点，减少压降对牵引供电系统的影响；（2）在发生单相接地的情况下，整个牵引系统依然能够运行。APM供电系统保护系统设计为单相接地时，系统发出报警，但牵引供电系统仍可持续运行，提高了供电系统的稳定性。3电压等级目前国内的城市轨道电压等级主要分为三级：35KV、33KV、10KV。相比而言10KV输电容量最小，输电范围也最小，但这并不影响APM，它本身就属于短途运输。而且10KV设备也最便宜，能大大降低成本。所以采用10KV供电制式，四路外部10KV电源分别取自各自地区电网的中轴110/10KV变电站和双子110/10KV变电站。我们知道常见的牵引供电方式有分散式和集中式。分散式：根据地铁供电系统的需要，在地铁沿线直接从城市电网引入多路电源，由区域变电所直接对地铁牵引变电所和降压变电所供电，称为分散供电。这种供电方式多为AC10kV电压级，价格低，容量小，发生故障时影响较小，适合短距离的供电。但是这种供电过于分散，因此需要在轨道沿线上布置较多的电源接入点，需要大量的改造工程来支持，再加上电源接口众多，所以管理起来相对麻烦。根据这些特点我们发现因地制宜如果选择短途的APM线为分散式供电更加合理。集中式：在沿地铁线路，根据用电容量和地铁线路的长短，建设地铁专用的主变电所。主变电所电压一般为AC110kV，由发电厂或区域变电所对其供电，再由主变电所降压为地铁内部供电系统所需的电压等级(AC35kV或AC10kV)。由主变电所构成的供电方案，称为集中供电，具有很高的可靠性。如果轨道交通采用集中供电可以有效的降低城市公用电网和轨道供电系统之间的相互影响，例如控制负荷谐波、冲击电流等对城市电网的影响、控制公用电网谐波对轨道供电的干扰等。新的构想：在牵引方面，我们现在的理论支撑不够厚重，只了解一些思路，比如：由行车特点决定牵引电机特点然后再决定供电方式。但是具体取舍只能由更加专业的人士分析决定。所以下面所说的都是自己对APM的一些新的构想。首先根据对APM的定位，不难发现它有以下特点：（1）运行距离短。（2）功率分布极不均匀，通常是在白天客流量大，而晚上甚至可以停运。（3）路况良好，选择修建APM线的地方一般都会比较平坦。（4）无需人驾驶，自动运行，但处理紧急情况可能不够灵活。（5）启停时间要求短，行驶速度高。（6）定位要准确。所以我们可以考虑：1采用直线电机。在所有应用APM的地方都可以铺设直线电机。直线电机结构简单，它直接产生直线运动，使结构大大简化，增大了车内空间；运动惯量少，动态响应性能和定位精度提高；同时也提高了可靠性，节约了成本；制造维护更加简便；因为不存在离心力的限制，普通材料亦可达到较高的速度；磨耗也减小；易于调节和控制，大大提高了行车安全性；高加速度，完全实现了启停的目标。但是它也有自身的缺点与不足，比如耗电量大，在白天运行时加重了城市电网的压力，这个暂时没办法得到解决，除非选择合适的取电点，尽量做到平衡电网功率分布。还有便是发热量大，这个倒是可以和APM线的特点互补配合，在APM线中站与站之间距离短，在还没有发出大量热量时往往已经停车，而且在设计运行时刻时还可以有意加长一下停车时间，多等一些乘客。行车轨道又是通风开放的，车也是随停随走的，非常有利于散热。2平衡电网。不仅仅是APM线，地铁线也可以，在它们旁边配置电动汽车充电设备，或者其他储能用电的装置，专供晚上人们使用。或者与一些夜间工厂使用同一所变电站，白天晚上轮流工作，降低一日间峰谷电压差值。结语：目前在APM技术在我国尚未普遍推广，主要原因是已运营系统的技术及车辆国产化较低，成本偏高。但未来随着我国科技的不断增长，我们自己也终能设计并制造出更加完善的城市轨道交通方式。参考文献：[1]赵云云.广州市珠江新城旅客自动输送系统供电系统设计[期刊论文]-广东科技2014(14)[2]王晨云.丛聪.陈城辉.WangChenyun.CongCong.ChenChenghui新型快速运输系统比较研究及应用展望[期刊论文]-重庆交通大学学报（自然科学版）2012(z1)[3]程魁.结合案例对轨道交通供电方式以及电压等级的探讨[期刊论文]