永磁同步電機(jī)牽引系統(tǒng)

2003年，有關(guān)永磁同步電機(jī)牽引系統(tǒng)的闡述第一次傳入馮江華的耳朵。當(dāng)時，該項(xiàng)技術(shù)尚處于理論研究階段。然而，馮江華察覺到，永磁牽引系統(tǒng)必將取代交流異步電機(jī)牽引系統(tǒng)，必須迅速研發(fā)。當(dāng)年，株洲所率先組建了國內(nèi)第一支永磁牽引系統(tǒng)研發(fā)團(tuán)隊，“從零起步”。

株洲所基礎(chǔ)與平臺研發(fā)中心副主任許峻峰稱，在交流異步電機(jī)牽引系統(tǒng)研發(fā)階段，我國比國外落后了20來年；在更先進(jìn)的永磁同步領(lǐng)域，“我們就像是沒有車燈的汽車，在黑燈瞎火的山路上摸索，方向稍有把握不準(zhǔn)，后果不僅僅是跑偏”。

“電機(jī)控溫是項(xiàng)目進(jìn)展最大的瓶頸。”許峻峰介紹，為避免水、灰塵、鐵屑等腐蝕電機(jī)內(nèi)部永磁體，電機(jī)采用全封閉結(jié)構(gòu)，但由于電機(jī)功率太大，發(fā)熱過高，永磁材料在高溫、振動和反向強(qiáng)磁場等條件下，可能發(fā)生不可恢復(fù)性失磁的嚴(yán)重風(fēng)險。“如果列車在高速運(yùn)行時失磁，后果不可想象?！?

馮江華回憶，“沒有任何可以借鑒的資料，也缺少研發(fā)測試用的相關(guān)設(shè)備”，株洲所只能“摸著石頭過河”，不少數(shù)據(jù)仍要依靠比較原始的笨辦法。“比如說，電機(jī)升溫試驗(yàn)一做就是五六個小時，電機(jī)溫控數(shù)據(jù)就人工全程蹲守來記錄，這樣來慢慢積累?！瘪T江華稱。

研發(fā)團(tuán)隊成立8年后，也就是2011年底，株洲所永磁牽引系統(tǒng)在沈陽地鐵2號線成功裝車，實(shí)現(xiàn)了國內(nèi)軌道交通領(lǐng)域的首次應(yīng)用，結(jié)束了中國鐵路沒有永磁牽引系統(tǒng)的歷史。株洲所也成為我國唯一掌握自主永磁牽引系統(tǒng)全套技術(shù)的企業(yè)。截至2015年5月底，沈陽地鐵2號線已無故障載客運(yùn)營7萬公里。 2100433B

永磁同步電機(jī)牽引系統(tǒng)是列車的動力系統(tǒng)，由變流器和電機(jī)兩大部分組成，其中變流器相當(dāng)于列車的心臟，電機(jī)好比是列車的肌肉，電機(jī)主要負(fù)責(zé)傳達(dá)動力，完成電能到機(jī)械能轉(zhuǎn)變，帶動列車平穩(wěn)行駛。

牽引供電系統(tǒng)是將交流中壓電壓經(jīng)降壓整流變成直流1 500 V或直流750 V的電壓，為電動列車提供牽引供電。它包括牽引變電所與牽引網(wǎng)。

牽引變電所可以分成正線牽引變電所、車輛段或停車場牽引變電所，正線牽引變電所義分為車站牽引變電所和區(qū)間牽引變電所。牽引變電所一般采用設(shè)備安裝在建筑物內(nèi)的形式，另外也有少量的箱式牽引變電所。作為試點(diǎn)，上海軌道交通5號線工程采用了箱式牽引變電所。

牽引網(wǎng)包括接觸網(wǎng)與回流網(wǎng)。接觸網(wǎng)有架空接觸網(wǎng)和接觸軌兩種懸掛方式。大多數(shù)工程利用走行軌兼作回流網(wǎng)，少數(shù)工程單獨(dú)設(shè)置回流軌。 2100433B

牽引供電是指拖動車輛運(yùn)輸所需電能的供電方式。牽引供電系統(tǒng)是指鐵路從地方引入220（110）KV電源，通過牽引變電所降壓到27.5KV送至電力機(jī)車的整個供電系統(tǒng)。

例如城市電車，地鐵等，我們主要研究的內(nèi)容是電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)。在我們這里簡稱牽引供電系統(tǒng)。

主要由牽引變電所和牽引網(wǎng)兩部分組成。主要作用是從電力系統(tǒng)取得電能，并送給沿鐵路線運(yùn)行的機(jī)車。牽引變電系統(tǒng)組成部分：

一、高壓架空輸電線路

二、牽引變電所

三、接觸網(wǎng)

四、饋電線

五、軌道

六、回流線

七、分區(qū)所（亭）

牽引供電一次供電網(wǎng)絡(luò)

指直接向牽引變電所供電的地區(qū)變電所（或發(fā)電廠）及高壓輸電線路。

以牽引變電所進(jìn)線門型架為分界點(diǎn)。

牽引供電牽引變電所

牽引變電所的功能是將三相的110KV(或220KV)高壓交流電變換為兩個單相的27.5KV的交流電，然后向鐵路上、下行兩個方向的接觸網(wǎng)(額定電壓為25KV)供電。

牽引變電所的作用：

1、變換電壓。

2、集中、分配電能。

3、調(diào)整電壓。

牽引供電牽引網(wǎng)

由饋電線、接觸網(wǎng)、鋼軌、回流線組成的雙導(dǎo)線供電系統(tǒng)。

饋電線是連接變電所和接觸網(wǎng)之間的架空鋁導(dǎo)線。

接觸網(wǎng)直接把從牽引變電所獲得的電能供給電力機(jī)車，其質(zhì)量和工作狀態(tài)直接影響著電氣化鐵路運(yùn)輸能力。由于接觸網(wǎng)是露天設(shè)置，沒有備用，線路上的負(fù)荷又隨電力機(jī)車的運(yùn)行而沿接觸線移動和變化，對接觸網(wǎng)提出以下要求：

1、 在高速運(yùn)行和惡劣的氣候條件下，能保證電力機(jī)車正常取流，要求接觸網(wǎng)在機(jī)械結(jié)構(gòu)上有良好的穩(wěn)定性和彈性。

2 、接觸網(wǎng)設(shè)備對地絕緣要符合技術(shù)要求，安全可靠。

3 、要求接觸網(wǎng)的設(shè)備.零件具有足夠的耐磨性和抗腐濁能力，以期延長使用年限。

4 、要求接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu).設(shè)備盡量簡單，零件互換性好，便于施工，維修。在事故情況下便于搶修和迅速恢復(fù)送電。

5、 盡可能降低成本，特別要注意節(jié)約有色金屬及鋼材。

牽引供電分區(qū)所

為了增加供電的靈活性，提高運(yùn)行可靠性，在相鄰變電所供電的接觸網(wǎng)區(qū)段通常加設(shè)分區(qū)所。

分區(qū)所的作用：

1、使同一供電分區(qū)的上、下行接觸網(wǎng)并聯(lián)工作或單獨(dú)工作。當(dāng)并聯(lián)工作時，分區(qū)所（亭）內(nèi)的斷路器閉合以提高接觸網(wǎng)的末端電壓；單獨(dú)工作時，斷路器打開。

2、單邊供電的同一供電分區(qū)上、下行接觸網(wǎng)（并聯(lián)工作）內(nèi)發(fā)生短路事故時，由牽引變電所中的饋線斷路器和分區(qū)所（亭）中的斷路器配合動作，切除事故區(qū)段，縮小事故范圍。非事故區(qū)段仍可照常工作。

3、當(dāng)某牽引變電所全所停電時，可閉合分區(qū)所（亭）中與分相絕緣器并聯(lián)的隔離開關(guān)（或斷路器），由相鄰牽引變電所向停電牽引變電所的供電分區(qū)臨時越區(qū)供電。

牽引供電開閉所

樞紐站場（如編組場、客場、機(jī)車整備線等），為提高供電可靠性和靈活性，通常將其分組獨(dú)立供電，為此增設(shè)了開閉所。如果是復(fù)線區(qū)段，通過開閉所的斷路器可將接觸網(wǎng)上下行并聯(lián)起來，兼分區(qū)所運(yùn)行。

開閉所的作用：

1、開閉所不進(jìn)行電壓變換，只起擴(kuò)大饋線回路數(shù)的作用，相當(dāng)于配電所；

2、將供電臂分段，事故時縮小事故范圍，提高供電可靠性；

3、保證樞紐站，場裝卸作業(yè)和接觸網(wǎng)分組檢修的靈活性，安全性；

4、降低牽引變電所的復(fù)雜程度。