alsom与浦镇联合体联合制造a型列车的实践

alsom与浦镇联合体联合制造a型列车的实践

0alstom联合体自2002年3月1日起，alstic和浦城（以下简称“alsticgentration”）正式开始在上海轨道交通3号线上运营。经过六年的发展，它占了上海轨道交通的大部分地区。根据上海地铁各条线路实际运营的需求，ALSTOM联合体列车也逐渐在智能化、自动化和人性化等多方面有不断的发展，例如10号线列车的无人驾驶、2号线东延伸列车的灵活编组以及视频监控技术等，都是ALSTOM联合体在不断发展的技术结晶。目前在上海轨道交通运营的ALSTOM联合体列车按建设部标准的车型来分主要由两大类组成，即A型车和C型车。3号线、1号线北延伸二期、2号线西延伸以及在世博会之前投入运营的10号线、2号线东延伸列车均属于A型车，而5号线、6号线和8号线则属于C型车的范畴。本文将重点介绍上海地铁中ALSTOM联合体所制造的A型车的技术特点。1alstom联合体列车以3号线（2002年投入运营）、1号线北延伸二期（2006年投入运营）和2号线东延伸（预计2010年投入运营）列车作为比较对象。综合总体技术来看，多年来ALSTOM联合体列车（A型车）在外观结构上的变化不大，基本延续了3号线的风格；但在电气控制方面，例如列车牵引、制动性能和列车监控系统都有明显的区别。2车辆的主要技术特点2.1全球结构1车辆结构形式和设计(1)框架：车体采用模块化设计，由底架、侧墙、端墙及车顶等多个单独模块经铆接构成。车体材料为强度高、耐腐蚀性能好、重量轻的铝合金大型中空挤压型材。大部分车体的承载件，如枕梁、端梁和车钩座等处采用钢结构。(2)内部设计：宽达1650mm的特大透明玻璃窗、纵向分布的客室座椅、人性化的扶手设计以及乘客与司机间的紧急对讲装置，都体现了以人为本的设计理念。1号线北延伸二期和2号线东延伸列车由于在隧道内行驶，相比3号线列车在司机室前端增设了紧急逃生门，以供紧急状况下疏散车内人员使用。2车轴导向和抗侧滚扭杆装置采用无摇枕二系弹簧悬挂轴箱外置式二轴结构形式。构架均为合金钢板焊接结构，呈“H”型，结构简单，重量轻。一系弹簧由螺旋弹簧加橡胶止挡组成，能承受高的载荷。车轴导向由径向臂实现，径向臂通过弹性轴承与构架相连。每个转向架设有2个垂向减振器对车体的垂向运动起阻尼作用。一个横向减振器和二个弹性止挡用于缓冲和控制车体的横向运动。为了改善振动性能，限制车体相对于转向架的侧滚运动，防止车辆倾覆，每个转向架上安装了一套抗侧滚扭杆装置。转向架的设计刚度能保证车辆摇头和蛇行运动的稳定性，整个转向架的设计保证车辆脱轨时能在较小的空间内重新复位。目前在上海使用的ALSTOM联合体列车（A型车）均采用该型号的转向架。3自动联挂和解钩全车按功能的需求，为列车配备了3种类型的车钩：全自动车钩、半自动车钩和半永久车钩。所有车钩都具有能量吸收功能。全自动车钩安装于A车车头端部，可实现列车间机械、气路、电气的自动联挂和解钩。半自动车钩可实现机械和气路的自动联挂，车辆间采用手动操作的跨接式电气电缆连接。全自动和半自动车钩包括一个气自动对中装置，该装置可保证在解钩时，车钩保持在车辆的中心线上，防止其横向摆动。当车辆在水平弯道上解钩时，车钩在±22.5°的旋转角内自动对中。半永久车钩用于一个单元的车辆之间的连接，不具有自动对中功能。2.2外挂式双开车门客室两侧各设5扇开度为1400mm的电动车门。3号线采用的是双页电动塞拉门，该类型车门与列车整体外观有着很好的匹配效果，且隔音隔热效果也较好，在欧洲此类车门被广泛应用，但机械尺寸关联性强，调整步骤较繁琐；对客室内压要求也高，一旦关门不同步，或内压过高，会使最后一扇车门难以自动关闭。由于车门最大关门力为300N，下导轨的斜槽角度也仅为10°，所以在客流量较大的高峰时刻，向内的收紧力很难应付乘客对其的推挤力，致使车门无法顺畅关闭。1号线北延伸二期和2号线东延伸采用外挂式双开车门。和塞拉门相比，在外观和隔音隔热等方面的效果有着一定程度的下降，但在实用性和可维护性方面的性能得到提高。平行移动的车门，可以使300N的关门力完全集中在同一作用力方向，乘客对车门的挤压力不会轻易影响关门过程，而且机械尺寸的相互关系也较为独立，对机构的维护也较为便捷。2.3列车的新风量与能力3号线列车在全开放的高架线路上运行，冬季室外温度较低，所以该项目除了设置每车84kW的制冷能力外，还另外配置了32kW的电加热能力。每车的总风量为9000m3/h和紧急模式下具有提供4000m3/h的新风量能力，以确保列车在各种工况下均能满足乘客对新鲜空气总量的需求。1号线北延伸二期和2号线东延伸列车则基本行使在隧道内，冬季对客室供暖的需求较低，结合节能降耗的要求，在列车设计阶段就选用了独立的制冷空调系统。由于1号线和2号线每天高峰时期的特大客流量，选用单车最大制冷能力为88kW的空调机组，也可自如应对夏季最高温时的气候。通风系统较之3号线也得到了提升，常用模式下总风量为10000m3/hㄢ2.4机械制动与电制动车辆由受电弓获得DC1500V电能，经高速断路器、滤波器，通过逆变器（VVVF）向4台并联的交流异步电动机供电。在电制动时，牵引电动机工作在发电机状态下，将电能反馈至电网；当系统无法实施再生制动时，电流经制动模块将直流电能消耗在制动电阻上。逆变器的控制方式为矢量控制，响应时间快。采用此方法，可得到一个与额定转矩值接近的转矩，从而可改善低速运行性能。矢量控制对磁通建立和转矩响应快，能对电机电流优化控制。这种控制方式根据电机中磁通来调节逆变器的输出电压，逆变器短期关闭后能重建功率，不必等到电机中的磁通完全消失。磁场建立后的转矩控制，通过宽带调节器执行，与电机的转速无关，而转矩由电流环控制，所以减少了过流的可能性。图1是2号线东延伸列车（6节编组，4节动车，粘着系数16.2%）在AW2额定负载下的牵引曲线图。和3号线列车相比无论在起始阶段的加速度，还是整个牵引阶段的平均加速度能力都得到了一定的提升。列车制动采用电制动与机械制动协调配合的方式并以电制动优先。电制动与机械制动的混合不会引起制动力的损失，且混合是连续的。机械制动只是电制动的补充，紧急制动时，则完全由机械制动来实施。从图2的电制动和机械制动特性曲线可以看出2号线东延伸列车的电制动能力较之以往有了提升。3号线列车的电空转换点是18km/h,1号线北延伸二期列车的电空转换点为13km/h，而此次新采购的列车已提升至8km/h，这就意味着，列车在停车制动时，将更多地依赖电制动的能力，而非机械制动，这不仅对列车轮对使用寿命的延长起到积极作用，而且也能明显降低环境噪声。每个机械制动单元设一独立的滑行检测与保护装置。牵引系统使用一个有源传感器，这样保证能使低速下的滑行与空转也能得到保护。车轮的空转与滑行校正分别通过减小牵引与制动力给定值，使其与可利用粘着相匹配。一旦校正完毕，给定值以2个阶段恢复：第1阶段使给定值恢复到空转或滑行的70%左右；第2阶段以较小的速率恢复到所需值。若在重新利用转矩期间又发生空转或滑行，则转矩在下次被重新利用时将降低到较低值，这样调节转矩可最好地利用有效粘着。2.5辅助变压器：中压线路一条贯穿全车的高压母线，保证了列车辅助系统即使在仅有一个受电弓升起的状况下也能从接触网接收1500V的高压。ALSTOM联合体列车的辅助供电系统，无论是辅助逆变器还是蓄电池，均有较好的冗余能力和在紧急状况下的维持能力，它的辅助逆变器总容量为560kVA(4×140kVA）；蓄电池维持的紧急供电时间远大于45minㄢ在供电布局方面3号线和1号线北延伸二期列车都采用了交叉供电，即同一节车厢内的中压负载是由2台辅助逆变器分别独立对其供电。若单个辅助逆变器故障，空调、常用照明等中压负载，将有一半停止工作；如果A车所在的辅助逆变器发生故障，那么同时还将失去一台空气压缩机的工作能力，届时全车将进入降级模式，运营的舒适性和可靠性也将大大降低。随着并联供电技术的日趋成熟，ALSTOM联合体在即将投产的2号线东延伸中首次使用并联供电系统。并联供电引入了中压母线的概念，即所有辅助逆变器并联挂载于中压母线上，同时向中压母线供电。与交叉供电相比，在辅助逆变器故障的情况下，并联供电有着如下几方面的优势：一是关键部件冗余能力增强。由于全车中压负载是由中压母线统一分配供电，即使单个辅助逆变器故障，也可通过列车监控系统重新分配中压负载，选择性地关断一些非关键负载设备，以保证列车关键中压设备利用率的最大化，保证列车行驶必须设备的供电。二是乘坐舒适性的提高。在辅助逆变器故障时，可通过列车监控系统判断辅助逆变器的剩余容量，尽可能地保证空调系统的正常工作。因容量限制必须临时关闭压缩机的空调机组也将转入正常通风模式，而非先前的紧急通风模式，这就进一步保证了列车降级模式下客室内新风率。常用照明系统也全部挂载于中压母线上，只要不是同时出现多个辅助逆变器故障，常用照明系统将不会关闭。图3是辅助供电网络的供电布局图。辅助逆变器的启动顺序由列车监控网络（TIMS系统）统一管理，当TIMS系统检测到多个辅助逆变器的电压和相位达到同步要求时，图中圆圈指示区域的2个接触器将自动吸合，全列车的中压系统由中压母线统一供电。只要母线不出现短路故障，即使仅剩1个辅助逆变器工作，仍可对全车必要的中压负载进行供电，确保列车运行能力。在降级模式下，如出现中压母线局部短路故障，则短路部分的辅助逆变器中止供电，同时将出现短路的中压母线通过接触器隔离，上述动作将由TIMS系统执行；如果是列车监控网络出现故障，即网络瘫痪，列车将进入紧急牵引模式，指示区域的2个接触器将自动断开，每个辅助逆变器独立对自身掌管的中压负载进行供电。2.7基于轨道交通的紧急对讲系统由于对安全等级要求的不断提升,乘客信息系统除了传统的到站广播和换乘、广告信息外,又新加入了视频监控和数字多媒体系统。这两大系统的加入意味着今后列车运行的安全等级又将提升一个档次,即便在意外发生时，中央控制中心（简称OCC）仍可通过这两大系统全面监控列车的真实状况，并向乘客实时播报各类紧急信息，而乘客也可通过紧急对讲系统，在意外发生时利用该设备与司机或OCC保持联络。广播系统在继承了原有的功能之外也更趋人性化，除了原有客室两端安装的LED显示屏供乘客了解列车的运营情况，新添入的动态地图，也将清晰地为乘客显示换乘、到站等信息。由于范围覆盖每扇车门，这就避免了过去由于客流高峰时期站在客室中部的乘客无法及时掌握列车运行状况的尴尬；而每车两侧新添加的目的地显示器，也能使站台上的乘客准确掌握每趟列车行使的目的地。3形貌6:制约+增长本文选取了不同阶段较具代表性的ALSTOM联合体列车，对其主要技术特点作了较为详细的对比和论述，基本代表了ALSTOM联合体列车近年来的发展趋势。从中可以看出，ALSTOM联合体列车近几年的主要研发重点在于辅助供电网络和列车监控系统，突破了以往较为落后的供电和列车动力管理模式，由“硬控制”转为“软控制”，以“软”为主，以“硬”为后备的双重保险模式构建了新一代列车的监控系统，这为今后列车的集成化和整体重量的降低以达到节能降耗的要求奠定了有力的基础。2.6列车通过监控方式准确识别列车状况1号线北延伸二期和3号线ALSTOM联合体列车的监控系统(以下简称TIMS)仅涉及列车本身的控制极少,列车的牵引、制动、车门等系统的控制信号直接通过列车线传递指令,驱动继电器或接触器完成相关功能。其通过远程输入输出模块(以下简称RIOM)收集二级子系统的相关信息,而一级子系统的信息和由RIOM收集到的信息将直接传至FIP网络,并经FIP网络传送至MPU,将相关事件记录和故障信息通过司机室触摸显示屏(以下简称DDU)向司机或检修人员反映列车的状况。由于对列车的控制部分极少干预,即便在列车FIP网络或其中的某个MPU、RIOM、DDU发生故障时,列车仍可继续维持运营,司机也可通过相关冗余信号指示灯来判断列车的状况。这种技术尽管较老,但是较为安全可靠。随着计算机技术的日益发展和对列车自身对控制要求的不断提高,以列车线和继电器组成的硬件控制方式正在渐渐失去其最后的优势。近期在2