双制式市域快轨受流器应用研究

双制式市域快轨受流器应用研究

雷乐英

(天津电力机车有限公司天津300452)

摘要：随着国内城镇化建设的进程。市域快轨车辆作为主城和卫星城间的公共交通车辆需求逐渐增加。双制式市域快轨车辆通过切换实现车辆在不同接触网下自由运行，解决通勤车和城内公共交通车辆的互联互通，大大减少乘客的换乘时间。

关键词：受流器市域快轨双制式

0.前言

目前，国际上大型城市纷纷在发展市域轨道交通快速线，以期调整城市布局，缓解城市的交通和住房压力，实现中心城区与城市远郊的同城化，这种交通模式在日本、德国、澳大利亚等国已经有大量成熟应用。例如日本东京交通圈，涵盖以东京为中心的50公里半径范围，由东京和周围7个县组成，市域快轨车辆对于缓解白天以通勤、通学、购物为目的的客流起到了极其重要的作用。在中国，近年来，北京、上海、天津、广州等大城市陆续开始进入郊区化发展阶段，工作在中心城区、居住在郊区的人群不断扩展，产生了大量通勤交通。市域快轨车辆的诞生，弥补了这一空白，实现了轨道交通在不同区域的全覆盖。

与地铁车比，市域快轨车更加“风驰电掣”，采用更大功率的牵引动力，速度等级提高近一倍。列车还可根据实际客流需要，采用三辆、六辆或者九辆编组，并在高峰期采用双列重联的运营模式，使载客数量伸缩空间更加灵活，一小时双向客流量可涵盖1万至4.5万人，从容应对都市圈或者城市群在高峰期的大客流。列车配有行李架，以方便城市群居民远距离出行。连接中心城区和新的发展区，城市与城市之间，以其快速、便捷、舒适、准时的特点，缩短新开发区与主城区的时空距离。

干线铁路供电方式多考虑远距离传输多采用AC25KV,城市轨道需考虑隧道的净空高度多采用DC1500V，能够适应市区DC1500V网压供电，时速80Km；市郊AC25KV网压供电，时速160Km以上的双制式列车，在中国未来将是发展方向。基于双制式列车的特点能够同时满足大电流和高电压的全新受流器将会有巨大的市场空间，研制满足DC1500V/AC25KV两种制式下工作的受流器势在必行。

1.双制式受流器特点

按照双制式列车的要求，其受流器既能在直流制式下运行，又能在交流制式下运行。这就要求受流器既能承载大电流，又能满足高电压制式下的电气间隙和爬电距离。

其主要参数如下：

额定电压：DC1500V/AC25kV

设计速度：80km/h（DC1500V）/200km/h（AC25kV）

额定电流：2400A

静态电流：300A

2.受流器设计基础

2.1基本框架设计

DSA250型受流器适用于额定时速250km动车组，目前中国所有时速250km的和谐号动车组全部采用该型受流器。

因DSA250型受流器采用铝制下臂，重量轻、导电能力强，更适用于地铁铝型材车顶强度要求、及大电流的需求。

基于上诉特点，结合DSA250型受流器特性，应在此基础上改进设计。

2.2框架导流能力

机车车辆运行时额定电流温升试验参考IEC60494-1（轨道交通机车车辆受流器特性和试验-干线机车车辆受流器）第6.13.2条款。

该试验证实受流器结构能传送机车车辆运行时的额定电流而不受损害。

测试方法：无接触板的受流器应连接电路中，此电路供给受流器与机车车辆运行时的额定电流的50%相等的电流1h,然后马上供给与机车车辆运行时额定电流相等的电流5min。

本试验电源应和连接板与弓头/框架所有导电线相连。

实验记录如表1：

表1.受流器额定电流温升试验

试验验收标准：受流器任何部件上无过热痕迹。

总体而言，受流器采用了铝制上臂及下臂，软连线处也增加了数量，导流时均无过大温升，最大温升位置为底架上高压连接板，但亦无过热痕迹。

2.3滑板导流能力分析

2.3.1滑板材料的选择

目前，国内外普遍使用的滑板材料为纯碳和浸金属碳，浸金属碳是在纯碳上浸析了铜、锡等导电性金属颗粒，目的是提高碳材料的电流承载能力和抗冲击碎裂能力，纯碳材料的承载能力为6-8A/mm，普通浸金属碳的承载能力为10-14A/mm。国内干线或地铁接触线为铜合金或铜银合金，都使用了浸金属碳。对于直流1500VDC接触网供电电压下的铜或铜合金导线，国外绝大部分使用浸金属碳滑板。根据静态电流的大小应选择浸金属碳滑板。

2.3.2滑板数量选择

静态电流在网压DC1500V工况下最大，试验标准应参考IEC60494-2（轨道交通机车车辆受流器特性和试验-地铁与轻轨车辆受流器）

静态电流温升试验：机车车辆静止时的额定和最大电流（第6.10.1条款）：

测试方法：受流器连接到电路中，此电路供给受流器与机车车辆静止时额定电流相等的电流30min,然后马上供给与机车车辆最大电流相等的电流30s。接触板和导体之间的力应是标称静态压力。

验收标准：

a.受流器任何部件（包括接触板在内）都不应变形和过热痕迹；

b.应没有由于电流通过轴承、枢轴和导流线所产生的损伤；

c.接触板上温度的测量应尽可能接近接触点。温度应不超过订货合同规定的温度。

图1.浸金属滑板静态温升曲线

由上图可知，2条60mm宽度的浸金属滑板(SK85ACu)静态温升可达460A。根据滑板截面长度计算，2条45mm宽浸金属滑板静态电流约345A，静态电流大于345A以上的推荐采用4条45mm浸金属滑板。

根据市域项目受流器采购技术规范，可选择2条45mm滑板，独立悬挂弓头。

3.结论

改进后的DSA250T型受流器，滑板选择2条45mm宽浸金属滑板，软连线数量增加1倍（截面积280mm2），完全满足静态300A、额定2400A受流能力。

市域快轨车辆是近几年国内轨道交通领域的新的发展方向，目前国内还未形成统一的标准和规范，本文主要从双制式受流器的功能和可行性研究，供参考和探讨。

参考文献:

［1］马果垒，马君，等．基于多体系统动力学的受流器参数优化［Ｊ］．C，２０１０，３１（４）：１５－２１．

［2］马果垒．受流器系统研究［Ｄ］．成都：西南交通大学，２００９．

［3］张卫华．机车车辆动态模拟［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，２００６：２９３－３３６．

［4］周宁，张卫华．基于直接积分法的弓网耦合系统动态性能仿真分析［Ｊ］．中国铁道科学，２００８，２９（６）：７１－７