1 概述

2012 年全球頭個儲能式電力牽引輕軌車輛正式下線， 車輛在牽引工況時依靠自身儲能提供動力電能運行， 在電制動工況時儲能電源可將再生制動電能吸再

利用。停站時，由地面充電站利用乘客上下客時間通過受電器實現(xiàn)快速充電儲能，保證車輛的無網(wǎng)連續(xù)運營。受電系統(tǒng)作為儲能式軌道交通車輛的重要組成部分，在整個車輛中具有舉足輕重的地位。本文將以儲能式現(xiàn)代有軌電車為例，詳細說明受電系統(tǒng)的設計，重點分析車輛受電系統(tǒng)以及車輛回流系統(tǒng)。

2 車輛受電系統(tǒng)設計

由于車輛進站停車時間短， 為了盡可能利用停站時間為車輛補充電能，特設計了一種常升式受電器（見圖1）， 可有效減少列車進站后對受電器的操作時間。正常情況下受電器處于升起狀態(tài)，當車輛進站時，受電器先與供電軌的導入?yún)^(qū)接觸， 以避免受電器與供電軌的機械沖擊。為實現(xiàn)受電器與供電軌的良好匹配，需對兩者進行計算分析。

在受電器與供電軌的匹配分析中，主要分析：1）供電軌端部彎頭的高度范圍，以保障受電器與供電軌不會發(fā)生破壞性碰撞；2）供電軌正常受流高度，以保證受電器在受流時不會和供電軌發(fā)生脫離；3）供電軌的長度，確保列車進行救援時，列車不會通過供電軌將救援車和被救援車的儲能電源短接，避免發(fā)生短路。

2.1受電器與供電軌的高度匹配分析

受電器與供電軌的匹配主要受車輛轉向架垂向運動*大位移、軌道磨耗、供電軌安裝誤差、受電器安裝誤差等方面的影響。供電軌的高度和受電器安裝在車輛上的高度息息相關，受電器不同狀態(tài)的高度如表1所示。

1）供電軌端部彎頭高度分析。

在列車運行進站時，由于受電器處于自由位狀態(tài)，因此就需要供電軌端部導入點稍高于受電器的*大延伸高度。

影響供電軌導入口高度的因素有：AW0工況下轉向架一、二的向上動撓度，軌道彈性高度，供電軌向下的安裝誤差和受電器安裝誤差等，如表2所示。

由于安裝在車頂?shù)氖茈娖?大延伸高度為4065mm，故受電器在AW0工況可上升的*大高度為：4065+36=4101mm。

建議安裝供電軌時，留適當裕量（建議考慮9mm），此時要保證受電器不會與供電軌發(fā)生碰撞，則供電軌端部彎頭導入?yún)^(qū)下表面的高度為：4101+9=4110mm，如圖2所示。

2）供電軌正常受流高度。

進行供電軌正常受流高度計算，是為了保證受電器在受流時不會與供電軌脫離，保證不拉弧。影響的因素有：轉向架一、二系向下的*大位移，車輪磨耗，軌道磨耗，供電安裝誤差等。正常受流高度分析數(shù)據(jù)如表3所示。除此之外，還需要考慮供電軌存在向上的安裝公差5mm，所以其總的位為-88mm。受電器設計的工作范圍是100～350mm，而工作的有效行程量為350-100=250mm（遠遠大于88mm），因此完全能夠彌補車輛的向下*大位移。車輛發(fā)生向下*大位移時，受電器從*大工作高度下降至4030-88=3942mm，仍能受流?？紤]此時為受電器*大工作的臨界受流狀態(tài)，建議將供電軌正常的受流器高度定義為3900mm。

3）電氣間隙校核。

在完成供電軌的端部彎頭高度計算和正常受流高度計算后，需要對受電器降弓后過供電軌進行高度校核，保證車輛頂部的*高點距離供電軌有足夠的電氣

間隙。

由于車輛*高屏柜的高度為3720mm，當車輛發(fā)生向上26mm的位移時，車輛*高點到達的高度為3746mm，與供電軌正常受流區(qū)高度3900mm相差

154mm，不會發(fā)生碰撞，也有足夠的電氣間隙（根據(jù)EN50124-1，對于DC1000V系統(tǒng)，電氣間隙為30mm）。因此供電軌的設計高度滿足要求。

2.2供電軌長度分析

當進行救援時，每列車儲能電源的電壓不一致，兩列車儲能電源之間存在壓差。因為受電器處于常升狀態(tài)，如果兩列車的受電器同時和供電連接，則相當

于將兩列車上的儲能電源進行短接，將損壞供電系統(tǒng)和車輛設備。因此只有供電軌長度小于兩列車連掛后兩個受電器之間的距離，才能從根源上避免短路現(xiàn)象發(fā)生。兩列車同向救援連掛如圖3所示，兩個受電器之間的距離約37m。

同時也存在車輛反向連掛， 圖4為Mc1端反向救援連掛，此時兩個受電器之間的距離約為32.4m，圖5

通過以上分析可知，當受電器以不同方式連掛時，其*小的間距約為32.4m，如果供電軌長度小于此值，就可以避免短接，建議供電軌長度取30m為宜。

2.3 車輛回流軌長度的分析

由于車輛進站后才進行充電， 充電時通過受電器與供電軌正極接觸，其負極仍通過轉向架，經(jīng)過車站區(qū)走行軌進行回流， 因此需要對單列車運行及列車救援時的回流軌長度進行分析。 由于儲能式現(xiàn)代有軌電車在車輛運行過程中無需通過軌道進行回流， 僅僅是在車站充電區(qū)域需要進行回流， 因此回流軌是與充電系統(tǒng)的負極進行相連，這樣可以減少全線回流軌的長度，降低項目建設成本。

1）單列車運行時回流軌長度分析。

當列車進站時，受電器剛接觸到供電軌時，供電軌的電壓和車輛儲能電源電壓一致， 充電站檢測到供電軌有電壓后，表明車輛已經(jīng)開始進站，于是對儲能電源進行充電。因單個轉向架的回流能力有限，故需要所有轉向架參與回流。受電器距離*右側轉向架車輪（Mc2模塊轉向架）的距離為16.4m，距離*左側轉向架的車輪（Mc1 模塊轉向架）的距離為11.8m。當車輛Mc1端朝前行駛，受電器剛接觸供電軌時，回流軌比供電軌應延長16.4m， 才能保證*遠端的轉向架參與回流。同理，另外一邊也應該延長此長度。因為Mc2端反向救援連掛，此時兩個受電器之間的距離約為41.5m。

此僅考慮單列車運行，回流軌的長度應為30+16.4×2=62.8 m。

2）列車救援時回流軌長度分析。

當列車按圖5反向救援連掛時， 如果回流軌道過短，則當救援車進行充電時，被救援車就會將回流區(qū)段與未做回流及絕緣處理的其他軌道通過車輛回流電路短接，可能對人員和設備造成潛在危害。因此回流軌的總長度要求為30+53.3×2=136.6m。兩端適當留有裕量，整條回流軌道長度取140m。

3 結束語

本文對儲能式現(xiàn)代有輕電車受電系統(tǒng)進行了總體介紹， 對受電器與供電軌的匹配關系以及回流軌長度進行了詳細分析。目前分析方法已經(jīng)運用到廣州、淮安和寧波新型有軌電車試驗段的受電系統(tǒng)設計中， 其性能已在實際運營得到考核。