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技術介紹

一、什么是中低速磁浮交通?
  以往的輪軌交通,顧名思義就是輪在軌上跑的交通系統,對人類社會發展作出了歷史性的巨大貢獻,但由于輪與軌的接觸運動,振動和噪聲相伴而生,因此在繁華的城鎮中心地帶和居民生活區,輪軌系統不能鋪設在地面之上,環保方面要求只能建在地下。
  而中低速磁浮交通與輪軌交通最大的區別就在于沒有車輪,用電磁力懸浮支撐代替了車輪支撐,這就避免了輪軌接觸帶來的一系列問題,而又不產生新的問題。 所以,中低速磁浮交通在交通領域成為一項創新性的開拓,是人類發展歷史上,繼蒸汽機車發明后交通領域的又一次技術革命,它將會給人類的生活帶來不可估量的 潛在價值。
  從2006年開始,市地鐵集團就獲得了市政府部門的批準,首創性地對城市軌道交通采用中低速磁浮技術的可行性進行前期研究。時至今日,深圳在中低速磁浮技術的研究已經歷了近7年的時間,在國內相關領域中屬數一數二的前沿城市。
二、磁浮技術的發展歷程
  德國是世界上最早研究磁浮的國家。早在20世紀20年代,德國科學家工程師赫爾曼·肯培爾首次考慮電磁浮鐵路(電磁對車道的吸引原則), 并于1934年申請了懸浮列車的專利,被譽為“磁浮之父”。
  進入上世紀70年代以后,隨著電力電子和控制技術的發展,德國、日本、美國、加拿大、法國、英國等發達國家相繼開始籌劃磁浮運輸系統的開發。但后來都 中途放棄,只有德國和日本仍繼續進行,但各有側重。德國側重高速磁浮鐵路系統的研究,日本則側重中低速磁浮鐵路系統的研究。世界上第一條磁浮商業線路—— 全長30公里、從龍陽路到浦東機場的“上海磁浮示范運營線”,其引進的正是德國人研發的高速磁浮鐵路系統。目前日本已于2005年3月成功投入運營,韓國 也將于今年投入運營。
中國從20世紀80年代開始了常導磁浮列車的研究。作為高端的軌道交通技術,國家將磁浮列車關鍵技術研究列入“八五”攻關計劃,并在“十一五”、“十二 五”中將磁浮交通系統作為國家科技支撐計劃之一。截止目前,我國成功完成了磁轉向架、直線電機驅動、電力電子技術和控制技術等磁浮交通系統中核心技術的開 發。
  2009年,由國防科技大學和北京控股磁浮技術發展有限公司共同研發的中國首列“具有完全自主知識產權”的實用型中低速磁浮列車在唐山試驗線下線。歷經10余年工程化實踐,目前中低速磁浮交通系統已達到商業化運用的水平。

 

    


三、中低速磁浮交通特點
  首先,運行振動小、噪聲低,無粉塵污染。中低速磁浮列車運行時懸浮在軌道上,不存在車輪和軌道接觸產生的摩擦噪音和振動,也不會產生摩擦帶來的金屬粉塵,10米以外的居民住宅區基本聽不到列車運行的聲音。
  第二,爬坡能力強,轉彎半徑小。可以爬70‰的坡(輪軌列車只能爬35‰的坡);最小轉彎半徑為75米(輪軌列車為250米)。
  第三,安全可靠性高。中低速磁浮交通大部分都傳承了傳統輪軌交通的成熟技術和產品,有明確的標準和技術規范。轉向架采用了有關航空標準,且是“抱”著軌道運行的,保證了列車運行時不會發生脫軌和顛覆的風險。懸浮控制系統采用了多重冗余設計,具有較高的可靠性。
  第四,電磁環境友好。經電磁輻射研究表明:中低速磁浮列車其車內及車站的磁場均不超過國際ICNIRP標準中電磁輻射公眾標準限值,與傳統輪軌列車的電磁水平是同等級別的,現在的技術可以做到比輪軌更低。
  第五,成本低。中低速磁浮制式的工程量、拆遷量以及列車維修成本都比輪軌少,高架敷設方式的建設成本不到地下的二分之一,車站的用電也只有地下的一半。
  第六,氣候適應性強,可實現全天候運營。中低速磁浮列車運行不接觸軌道,因此不受雨雪、冰雹、臺風等天氣狀況的影響。
  第七,施工對城市環境影響小。施工用地面積小,圍擋影響時間短;管線遷改工程少,無大型基坑,重型機具使用少,施工噪音低;土石方工程量小,棄土場選址容易,泥頭車擾民現象少。
  總之,中低速磁懸浮交通相對輪軌交通具有很多獨特的優勢,有著很好的發展前景,能夠真正為人類實現綠色交通的夢想,提升經濟社會發展水平。
四、 中低速磁浮交通安全可靠性介紹
  對于城市軌道交通而言,其安全可靠性無容置疑是一項最基本的技術指標,那么,中低速磁浮列車的安全可靠性體現在哪些方面呢?
  1、核心技術安全。
  (1)懸浮導向系統采用冗余設置,每輛列車設有5個轉向架固定在車體上,每個轉向架設有4個懸浮控制點,每列車共20個懸浮點,每側10個。每個懸浮 點有3個間隙傳感器,只要一個傳感器正常,就能保證該點的正常懸浮。列車一側4個以上懸浮點出現嚴重故障,并且無法提供需要的懸浮力,該故障車輛依然可靠 液壓支撐輪實現車輛低速運行。當供電接觸網故障停電后,列車可以依靠安裝在列車上的懸浮后備電源繼續懸浮30分鐘以上。能確保車輛到達最近車站進行救援工 作。
  (2)牽引系統采用冗余設置,每輛車具有10臺直線感應電機,采用5串2并的連線方式,分布于車輛左右兩側。當喪失動力的車輛數目較多且懸浮正常時,牽引系統能以較低速度運行到指定車站進行規避處理。
  (3)制動系統采用電氣制動和機械制動兩種方式相互獨立或聯合使用,從而實現常用制動、快速制動和緊急制動,在任何狀態下都可以實現列車的制動與停車,保證行車安全。
  2、運營安全
  (1)在運營過程中,磁浮列車底部的轉向架和電磁鐵部分采取了抱著軌道的設計,車、軌、梁一體,因此不會發生脫軌和顛覆情況。
  (2)磁浮列車創新采用的是自動控制系統,在原有信號系統故障導向安全的保障下,還增加了一套列車防撞系統,列車追尾的風險更小。
  (3)磁浮列車靠電磁力支撐列車懸浮在軌道上,電磁力大小隨著列車載荷的變化而變化,通過計算機實時控制,使列車與軌道始終保持一個固定的間隙,即使在超重100%的情況下也能夠安穩運行。
五、中低速磁浮交通輻射情況介紹
  提起磁懸浮,人們可能會聯想到電磁輻射,甚至有些談虎色變。其實,電磁輻射只有在高頻狀態下才會產生。在直流或工頻(50HZ)狀態下,電磁輻射可以忽略不計,只會有磁感應強度的大小之分。
  實際上,地球就是一個大的磁體,地面都被磁力線包圍著,各種用電設備均會產生電磁波。所有軌道交通列車都采用電力能源,當然也會產生一定的電磁波,但由于工作頻率低,電磁波幅度小,滿足國際和國內的標準,不會對人體造成損害,所以軌道交通才得以廣泛應用。
  磁浮列車與傳統輪軌列車相比,區別只是采用電磁力支撐代替了原來的輪對支撐。增加了一個懸浮直流磁場。我們知道,電磁波是向外擴散的,而電場或磁場是 閉合的,電場中電流從正到負,磁場中磁力線南進北出。磁浮列車是采用磁場異性相吸的原理懸浮的。磁力線幾乎都封閉在兩個磁極構成的局部磁場內部,只有極少 數磁力線從北極出來后經過空中回到南極。離磁極3米測不到外逸的磁場,只能測到大地的環境地磁。
  理論和實測的情況都表明,磁浮列車與傳統輪軌列車的電磁水平是同等級別的。而中低速磁浮可以做到更低。
六、磁浮交通線路敷設方式介紹
  中低速磁浮交通與普通輪軌交通系統的唯一區別就是車輛沒有車輪,其它系統如供電、屏蔽門等都完全相同。因此中低速磁浮交通與傳統輪軌交通一樣,完全可 以按地下、地面及高架的敷設方式進行建設。只是,中低速磁浮列車由于具有噪聲低、振動小、轉彎半徑小、爬坡能力強等特點,能有效減少對周圍環境的影響,與 輪軌交通相比,走高架更具優勢。
  由于中低速磁浮列車抱軌運行,與其它高架軌道交通和高架道路相比,梁的結構窄、梁柱細,較容易與城市周邊的建筑實現溶合設計,經過景觀設計可以使整個橋梁連續而流暢,并輔以美觀的車輛色彩和造型,軌道交通也能成為城市景觀一條動態的風景線。
七、中低速磁浮交通成本介紹
  1、建造成本低。首先,由于磁浮列車運行時噪聲和振動小,非常適合采用高架敷設;其次,轉彎半徑小,爬坡能力強的特點,使得線路選擇更加靈活,甚至可 以貼近密集的建筑物建設,大大減少了征地拆遷、管線改移的費用;另外,由于車體采用了輕量化設計,使得橋梁上部荷載減小,可以對橋墩及梁體的結構尺寸相應 減小,使得結構輕盈化,有利于更靈巧的選擇架設路徑。因此,中低速磁浮交通相對可以大幅度節省建造成本。
  2、運營成本低。中低速磁浮交通的列車車體沒有輪軌之間的機械磨擦,車輛維護量很小,大大降低了維護費用。
八、中低速磁浮交通靈活編組介紹
  根據我們每天的親身體驗,一年中的客流高峰期分為節假日和每天的早中晚時段,其他大部分時間均為平峰期。對此,合理地對列車數量編組可以大大減少能耗的浪費。
  相對于輪軌式地鐵列車來說,中低速磁浮列車每個車均為自帶動力的車輛,運營時采用車輛靈活編組,可以更容易地短時間內把單輛車或多輛車組合起來運行, 即客流高峰期采用多節車組合運營,平峰期采用少節車組合運營。靈活的大小編組可以在每天運營的大部分時間中克服“大馬拉小車”的耗電的情況,具備適應適應 8號線客流極不均衡的特點,同時實現節能運營,相對輪軌式地鐵運營有條件節省牽引能耗15%以上。

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