武汉地铁11号线蓄电池牵引技术浅析

柯小甜 黄佳佳 王文龙

摘要：根据武汉地铁11号线蓄电池牵引技术特点，对蓄电池牵引方案进行了分析，包括蓄电池容量、蓄电池牵引控制逻辑等，并根据蓄电池牵引特点以及现场实际情况对相关注意事项进行说明。

关键词：地铁车辆 蓄电池牵引 蓄电池牵引控制原理

一、概述

目前，国内外地铁车辆的电力主要来自受电弓或三轨两种受电方式，由于考虑安全的问题，在检修库或车辆段内无弓网或三轨或者线路上高压供电出现故障，列车若要移动，只能依靠其他车辆的帮助，才能达到移车的目的。自从庞巴迪将蓄电池牵引技术率先应用于瑞典首都斯德哥尔摩市的地铁车辆中，由此拉开了蓄电池牵引技术的时代序幕。随后庞巴迪将该项技术成功运用在国内的北京4号线、北京大兴线中，随着国内轨道交通的发展，越来越多的城轨车辆需要配备蓄电池牵引功能。

在车辆完成月修和镟轮后，出库需要人工将列车推至有电区，为了武汉11号线增加了蓄电池牵引这一功能，很好地解决了这个难题，更有效、安全地实现列车出库。蓄电池牵引用于从无三轨的股道行使至有三轨的股道，蓄电池经过电动转换开关箱，然后到牵引逆变器驱动牵引电机工作。

二、蓄电池容量确定

每列车配2套DCIIOV蓄电池系统，蓄电池组在-10°C～42°C的环境条件下工作（考虑到实际运行工况，容量计算时温度按10°C计算），保证列车以功耗34.674kW不低于45min的应急供电，或者满足蓄电池牵引193s（同时满足负载工作193s），蓄电池组最低放电电压84V，蓄电池使用寿命不低于15年，依据该要求和蓄电池的特性计算蓄电池的容量。

（一）蓄电池数量

根据以往所供地铁列车蓄电池经验，蓄电池的单体浮充电电压按1.41V计算，该系统使用蓄电池的只数定为84只，其浮充电电压为1.41x84=118.44V。

（二）蓄電池容量

1紧急供电。列车要求蓄电池提供的功率为34.674kW，时间45min;

蓄电池组的平均放电电流=蓄电池提供的功率，蓄电池组的平均放电电压=34.674kW/[84×1.2]V=344A。

蓄电池供电45min需要的净容量C1=344X45/60=258Ah

2.应急牵引。列车要求蓄电池满足下表中牵引要求（表内为单组蓄电池电流），同时满足34.674kW负载工作。

蓄电池组的平均放电电流=功率，蓄电池组的平均放电电压=34.674kW/[841.2]V=344A。

蓄电池应急负载需要的净容量C2=344X19313600=18.5Ah

牵引所需净容量C3=477×2×4/3600+187.4x2×189/3600=20.8Ah

综上牵引200m共需净容量：C4=c2+C3=39.3Ah

综合两种负载的计算结果可知，第1种负载需要蓄电池提供的容量最大，因此，选用该模式计算蓄电池的容量。

综上蓄电池所需净容量：Co=258Ah

考虑浮充充电效率、低温下的放电效率及使用寿命15年老化系数等影响因素，蓄电池实际容量为：

蓄电池容量c=Co÷K1÷η÷a=258÷0.97÷0.9+0.9=328.4Ah

Co——不考虑任何影响系数下的蓄电池净容量，258Ah：

Kt——蓄电池在10°C温度下放电的容量修正系数，0.97;

T1——蓄电池的充电效率，0.9;

am蓄电池老化修正系数，0.9。

另考虑15%的额外裕度，蓄电池容量为：328.4×1.15=377.7Ah，每列车用两组蓄电池，则一组蓄电池的容量为：377.7÷2=190Ah

三、蓄电池牵引控制原理

蓄电池经过电动转换开关箱，然后到牵引逆变器驱动牵引电机工作，只有2车和5车有电动转换开关箱，所以蓄电池牵引只有2车和5车有动力，其他动车无动力，对应原理图如图1所示。

（一）进入蓄电池牵引模式

TCMS给DCu发出“蓄电池牵引预备”指令，2车和5车DCU输出“主断允许”、“BHB允许”、“BLB闭合”信号为低电平，在DCU断开HSCB、BHB和BLB后，10S内向TCMS反馈“蓄电池牵引允许”指令，TCMS收到2车和5车DCU反馈的“蓄电池牵引允许”指令时，给2车和5车DCU发送“蓄电池牵引启动”指令，此时2车和5车会闭合KMB1、KMB2接触器进入蓄电池牵引模式，并通过HMI提示司机进入“蓄电池牵引模式。理论上在蓄电池达到额定电压110V时，可以行使193秒，牵引200米。

（二）退出蓄电池牵引模式

正常退出：速度为零，司控器手柄为零位。

司机点击HMI蓄电池牵引开关——TCMS撤销发给DCU“蓄电池牵引预备”，并撤销发给2车和5车的“蓄电池牵引启动”指令，此时DCU断开2车和5车KMB1、KMB2.并向TCMS发出撤销“蓄电池牵引允许”，此时TCMs可以通过HMI提示司机退出“蓄电池牵引模式”。

非正常退出：速度为非零，司控器手柄为非零位。

如果此时司机点击HMI蓄电池牵引开关、HSCB合、BHB复位，TCMS发出指令给DCU封锁牵引直至列车停车，HMI提示“如需退出蓄电池紧急牵引，司机控制器手柄回零”。将司控器手柄回零后，可按照正常退出模式执行。

蓄电池牵引模式的建立需要由网络系统和牵引系统控制单元DCU共同配合实现。网络系统主要负责传递“蓄电池牵引一预备”、“蓄电池牵引信号”及判断整车是否符合进入蓄电池牵引的条件。DCU主要负责判断本节车牵引系统是否符合进入蓄电池牵引的条件，并执行蓄电池牵引。

四、总结

本文根据蓄电池牵引特点以及现场实际情况对蓄电池牵引技术方案进行了说明，对城轨车辆蓄电池牵引的设计具有一定的参考价值和借鉴意义。近年来，蓄电池牵引技术在许多项目中都有应用，表明蓄电池牵引技术是一种成熟、稳定的技术。，特别是在城轨车辆上有着很好的应用前景，对车辆段内移车有很大的作用，同时也节省了一定的建设成本和运营的维护成本。