动车组与电气化铁路节能技术研究综述.docx

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动车组与电气化铁路节能技术研究综述

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摘要：众所周知，铁路运输在我国是一种极其重要的运输方式。它在整个交通系统中所占的比例相当突出。特别是随着电气化铁路的不断发展，铁路运输的作用越来越突出。同时，也要注意铁路运输。在输电和使用过程中，其能耗相对较大，尤其是电气化铁路的电能利用给我国电力发展带来了巨大的压力。因此，为了电气化铁路自身的发展，根据电力消耗的某些过程，采用了一些必要的节能技术来提高其节能效果。它已成为目前的一个重要研究方向，尤其是电气化铁路牵引变电所，可以达到更好的节能目的。

关键词：动车组；电气化铁路；节能技术

1高速铁路技术概述

高速铁路技术是当代世界铁路的一项重大技术成就,它集中地反映了一个国家铁路牵引动力、线路结构、运行控制、运输组织和经营管理等方面的技术进步,也体现了一个国家的科技和工业水平;同时,高速铁路在经济发达、人口密集的地区具有突出的经济效益和社会效益。

与公路、航空相比,高速铁路的主要技术经济优势表现在:速度快、旅行时间短;列车密度高、运量大;高速列车乘坐舒适性好;土地占用面积小;能耗低;环境污染小;运输成本低;列车运行准点;安全可靠;不受气候影响,全天候运行;社会经济效益好。

我国作为世界铁路的一个客货运大国,正面临着旅客运输大发展的新挑战。高速铁路正是既能满足我国旅客运输大发展需求、又能满足可持续发展战略要求的最佳交通运输方式。高速铁路客运专线是以客运为主的快速铁路,同时也是国家重点建设项目。

2动车组节能技术研究

2.1转向架

高速列车转向架要求轻量化,为了减轻簧下的质量,而采用整体碾钢的小直径车轮、空心轴和轻型轴箱体,以及采用焊接结构构架、轻金属齿轮箱等。

2.2高速制动技术

高速列车制动系统十分重要。由于列车高速运行时,运动能量很大,靠单一的、传统的制动明显不够,需要解决列车动能的快速转换和能量消耗问题。应采用多种制动方式,如动力制动(电阻制动和再生制动)再配合摩擦盘式制动组合在一起,加上电子防滑装置,提高轮轨的黏着力作用,以确保高速列车安全运行和平稳准时停车。

高速列车所需的牵引功率与运行速度的三次方成正比例。因此,高速列车必须大幅度增加机车牵引功率。高速列车电力牵引就应向功率大、体积小、可靠性高、成本低的方向发展和采用交流电动系统。

2.3牵引电动机

近代高速列车大多采用三相异步牵引电动机,有质量轻、功率大、结构简单、运行可靠、维修方便、使用寿命长等优点。而新开发的永磁多极同步牵引电动机,更可以实现很高的转矩密度,从而可能实现无传动齿轮的直接驱动,而直接驱动意味着可以取消传动齿轮箱。

2.4牵引变流器

从线路将交流电供给电机应用,要经过变流器。随着电力、电子技术的迅速发展,已由晶闸管发展到GTO、IG-BT、IPM至IGCT。即采用新型半导体器件做牵引变流器。一方面是向小型、轻量、节能、环保、经济、实用方向发展。另一方面,随着电子元器件的模块化、系列化、小型化,有条件将牵引变流器、辅助变流器和列车供电变流器三者集成在一起。同时,变流器的冷却也十分重要,可以采用热管进行冷却,代替风冷、水冷和油冷。热管冷却效率高、体积小、易于维修,还不污染环境。

2.5主变压器

电力牵引中变压器是最大、最重而且损耗最多的一个部件。由于机车上安装空问有限,希望能缩小体积、减轻质量,尤其要减少损耗。主变压器的损耗占机车总能耗的30%,因此,降低主变压器的损耗是牵引电力机车节能的重点。随着电子技术的发展,可以采用电子变压器,也可以在现有变压器结构上,采用新型超导材料,开发超导变压器。

3电气化铁路节能技术研究

3.1输电接触导线

电气化铁路用接触导线是接触网中最重要,但又最易损坏的环节。它承受磨损、放电、温升和大气腐蚀等多方面的作用,再由于我国线路十分繁忙,行车密度不断增加,以及为适应铁路运输的需要,电力机车的功率不断提高,列车重量的增加和车速的提高,使接触导线的工作环境更加恶化。因而,如何减轻接触导线本身的磨损、延长其使用寿命,成为铁路运输部门十分关注的问题。

各国科技界的研究,集中在保证接触导线具有相当导电率的情况下,从导线的结构设计和材料工艺多方面来减轻接触导线的磨损。

就接触导线断面而言,目前主要使用的是圆形和双沟异形。椭圆形接触面导线的磨损要比圆形接触面导线降低7%,而双沟异形又按接触的大面,分成近似圆形和椭圆形两种。因为接触导线的磨损是随接触导线的单位负荷(电流密度、单位压力)而变化的,因此减少负荷就可以减轻表面磨损。

接触导线广泛采用铜和铜合金作材料,其导线的截面等级也不断在提高。为了降低接触网的造价,有的国家采用铝和铝包钢的混绞线作为承力索,来代替铜和铜合金的承力索。这种方案,由铝包钢承受张力,由铝线承受