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地铁车辆混合式高速直流断路器选题背景和意义

放大字体  缩小字体 发布日期:2019-06-11  浏览次数:265
核心提示:中国是人口大国,改革开放后城市化进程加速,城市人口流动量巨大,特别是中心城区在工作日早晚高峰主干道上出现地面交通网络严
      中国是人口大国,改革开放后城市化进程加速,城市人口流动量巨大,特别是中心城区在工作日早晚高峰主干道上出现地面交通网络严重拥堵,给城市面貌带来负面影响。传统的公交系统已经无法【电子元件】满足如此大的人流量需求,地铁的规划与建设大大减少了地面交通的压力,地铁已然成为一个发达城市的靓丽名片。

我国1965年开始修建北京地铁一期工程并于1969年建成【电子元件】通车,至今经过50多年的发展,国内地铁的建设正在蓬勃发展,规模也越来越大[1][2]。据我国城市轨道交通协会公开的数据:截至2017 年12月31日,中国内地现已有31个城市开通地铁07.713 公里,运营里程总计共达 77.3881 公里。这 31个城市多以一二线为主,除了已经建成运营的路线,还有很【电子元件】多在建得或者是在规划范围内的路线,当然也有部分二线城市至今未开通地铁,但建设和规划一直在继续[3]。2017 年6 月份,智研咨询在《 2022-2017 年中国城市轨道交通市场研究及投资前景预测报告》提出:“十三五”期间地铁的通车与规划里程数【电子元件】会在五年之内显著上升,到 2020 年份,经国家审批预计开通的地铁线就有56个,全国地铁通车里程将达到 7.9226 公里,地铁作为一种大运量、高密度的交通工具迅速发展,已被【电子元件】列入我国城市轨道交通行业长期规划的发展重点[5]。地铁大规模建设的同时,也推动着地铁车辆关键设备的研究成为热点。十三五规划专栏7【电子元件】《高端设备创新发展工程》第三点先进轨道交通装备有提到:为实现轨道交通装备国有化,增强设备全寿命周期,研制新一代轻量、高速且可靠的先进重载轨道交通设备势【电子元件】在必行[6]。

其中,地铁车辆直流断路器是地铁车辆电源的总开【电子元件】关和地铁车辆的总保护,在预防牵引供电系统短路故障方面起着关键性的作用[7][8]。车辆正线载客运营的过程中, HSCB 长期处于直流1500V 电压和大电流的运行环境下,高速断路器误开断和损坏会很大程度上影响供电系统以及车辆的安全运行[9]。文献[10]中提到的:赛雪龙【电子元件】公司产的 UR6 系列车辆直流断路器在我国广州地铁车辆上已运行差不多 20 年,总体状况良好,故障率也很低,但是仍然会出现一些主触头烧损、左右连接被电弧烧损等故障现象,出现的最大原因归结为机械【电子元件】式直流断路器在关断瞬间产生的强电弧温度高达数千摄氏度且不易熄灭,电弧的危害【电子元件】直接影响到直流断路器的使用寿命。地铁车辆直流断路器组件定期的维修与更换增加运营的成本,同时使得系统运行安全和可靠性大大降低。 可见地铁车辆直流断路器损坏会增加了地铁建设的成本,同时也会对车辆安全可靠运行带来隐患。并且,直流电流开断不像交流电流开断有自然过零点,直流电流开断无法与交流断路器一样实现熄灭电弧[11]。

针对以上问题就需要研究一种新方法来实现地铁车辆直流断路器在分合闸的过程中实现高速且无电弧危害。 我国轨道交通行业所使用的大部分地铁车辆直流断路器很多都从国外购买,被瑞士Secheron 公司、美国GE 公【电子元件】司和英国 FKI 等公司的产品垄断,这些垄断企业出口产品价格昂贵增加了我国地铁的运营成本。我们国家针对断路器国产化率低的这种情况,很多断路器生产厂家纷纷开始进【电子元件】行轨道交通中的电气器件的自主设计。正如 IGBT 芯片国产化过程一样,直流断路器国产化进程从未停下,一系列产品有 DS7 、 DS14 【电子元件】、 DS18 等等。国产直流断路器的大多研究还停留在拓扑理论阶段,研制出来的结构也仅停留在试验样机阶段。生产出来的产品在体积、可靠性和速动性方面无法媲美国外进口设备,且大多数研究集中在特高压直流输电用的直流断路器。地铁车辆直流断路器在可靠性与速动性要求很高,国内公司生产的产品暂时还无法满足地铁建设的需求,在地铁车辆直流断路器的研究还有很长的路要走[12]【电子元件】。 综合上述情况,课题针对地铁车辆直流断路器开展研究,在原有地铁车辆直流断路器的基础上以新的思路【电子元件】对其进行优化设计,优化后的地铁车辆直流断路器能够有望提高地铁车辆直流断路器的开断故障电流方面【电子元件】的性能,实现机械开关【电子元件】无弧打开、实时地检测电流故障、动作时间变短、稳定性更好、体积更加小型化。对打破跨国公司对该领域的技术和专利垄断,实现国产化有着重要意义。同时,本文的研究对于输配电和船舶断路器设备领域也会有一定的借鉴意义。【电子元件】

 
 
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