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揭秘瑞士ABB軌道交通電氣化的黑科技

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  北極星輸配電網訊:在瑞士這個高山小國,人均使用火車、有軌電車和巴士的頻率位居世界第一,而完善的軌道交通網絡是其可靠的保障。截至2014年年底,瑞士的公路總長71464千米,公路網四通八達;瑞士的鐵路總長5124千米,全部電氣化。

  這其中,作為瑞士軌道交通電氣化有力的推動者,已成立125周年、總部位于瑞士的ABB集團應該功不可沒。

  1891年10月2日,布朗勃法瑞公司(Brown Boveri&Cie,簡稱“BBC”)在瑞士巴登創立,瞄準的是電力技術。從那時開始,BBC確立了多元化的發展戰略,而早期在軌道交通領域嶄露頭角的BBC,憑借著不斷創新的技術和產品,使得軌道交通成為公司日后的一個重要業務板塊。

  1905年,由BBC為新落成的連接瑞士和意大利的辛普朗鐵路隧道實現電氣化,這一開創性成就拉開了全歐洲電氣機車取代蒸汽機車的大幕;1967年,BBC成功收購了電氣機車制造廠——奧利康機械廠,實現了公司軌道交通業務的大滿貫。

  1988年,BBC與瑞典公司阿西亞(ASEA)正式合并組建為ABB集團。

  翻開ABB在軌道交通領域的創新之舉——1890年為電動有軌電車供電,1892年提供電動齒軌列車,1894年蘇黎世首輛電動有軌電車的制造者,1898年實施少女峰鐵路電氣化……尤其是1913年成功實現的洛茨堡基線隧道電氣化,這是阿爾卑斯山的第一條穿山隧道。

  2016年,對于ABB來講是個值得紀念的一年,125周年華誕就從瑞士雷蒂亞鐵路公司一列全新涂裝ABB LOGO的Allegra列車拉開帷幕。值得一提的是,2016年6月,ABB參與建設的世界上最長的鐵路隧道——新圣哥達基線隧道正式開通,這是阿爾卑斯山的第二條穿山隧道;7月,由ABB針對電動公交車充電研發的全球速度最快的閃充連接技術獲得批量商業應用。

  9月30日-10月4日,跟隨ABB中國媒體瑞士參觀團,《機電商報》記者近距離感受到ABB在軌道領域的強大實力。

  公交運輸的全新選擇——TOSA

  TOSA(新型無軌電動公交系統)全電動公交車(以下簡稱“TOSA”),這是目前ABB發布的最新一款電動公交車。其中,ABB負責提供車載牽引設備(包括牽引輔助集成變流器、永磁牽引電機等)、新型全自動充電裝置、充電電池、能量轉換系統等。

  其最大的創新之處在于,改變了普通無軌電車車頂集電桿從高架電線獲取動力方式,而是通過TOSA頂部移動臂在不到1秒就能夠精準接入候車亭的充電座,利用乘客上下車期間讓車載電池獲得600千瓦功率充電15~20秒。同時,為保障車輛持續在道路上行駛,還需要在整條公交線路上每隔3站或4站配備這樣的充電座,而到終點站后,再用400千瓦功率充電3~4分鐘即可。

  尤其是具有專利技術的充電電池,不僅尺寸小、重量輕,額定容量僅為70千瓦時,甚至小于純電動轎車的電池容量,但其設計壽命卻長達10年,在TOSA車輛20年的全壽命周期里僅僅有2次更換。

  乘坐在TOSA車里,噪音非常小,其舒適性與普通電動公交車和有軌電車等沒有任何差異。而15~20秒的沿途充電,讓記者幾乎沒有任何停滯等待的感覺。

  如何能精準做到這一點呢?據ABB相關技術人員介紹,早在2013年5月26日投入試運行首輛TOSA電動公交車的近一年半的時間里,ABB反復模擬各種路況的情況下如何保障車輛安全穩定運行,最新的傳感技術和控制技術在這里得到充分應用。

  首先,當充電電池容量低于90%時,就會自動充電;二是通過自動控制,讓TOSA頂部移動臂快速精準接入充電座,這其實是ABB核心之所在;三是當車輛制動產生的能量也會通過能量轉換系統自動給電池充電。另外,裝有充電座的每個候車亭都有備用線纜充電插頭,以應對意外情況的發生。既使遇到嚴重的塞車,TOSA也不會停在半路上無法運營。

  如今,電動公交批量使用已成為一種趨勢,畢竟以化石能源的公交車輛會受到更多的制約,減少溫室氣體排放,環保已成為世界各國一致認同。

  那么在同是電動公交車的情況下,TOSA帶來怎樣的優勢?一是比無軌電車更具線路選擇的靈活性,減少高架線路的搭建,無論是車輛還是城市都變得美觀;二是與一次充電的電動公交車相比,電池的尺寸和重量會更小、更輕,更為重要的是,可大幅降低意外發生停駛的概率。

  據悉,TOSA與目前在日內瓦運行的無軌電車或柴油公交車運營費用基本相當,而這種全新充電創新技術的電動公交車,無疑為城市交通運輸提供了一種全新選擇。目前,TOSA已于今年7月獲得首批12輛的商業應用訂單,將服務往返日內瓦機場和城郊地區全長12千米的23號線上。而據ABB介紹,另有4條公交線路也有意向選擇采用TOSA。

  “世紀工程”的護航者

  作為瑞士鐵路電氣化的締造者,ABB已具有足夠的實力應付各種環境的挑戰,在圣哥達基線隧道建設中,ABB再一次發揮了重要的作用。

  作為阿爾卑斯山的第二條穿山隧道,全長57千米的圣哥達基線隧道是歐洲一條南北貫通、世界上目前最長的鐵路隧道,也是歐洲軌道交通網絡中至關重要的鐵路干線,承載著更多的貨運和客運重任。

  眾所周知,鐵路隧道中鹽礦粉塵、剎車灰塵、軌道和線路磨損產生的鐵銹顆粒,以及列車駛過時引起的劇烈氣壓波動和高溫、高濕等(圣哥達基線隧道內溫度最高超過40攝氏度,而相對濕度能夠達到70%),這些都對安裝在隧道內的電氣設備提出了更為苛刻的要求。不僅如此,電氣設備在承受極端氣候條件的同時還要盡可能減少維修次數。

  而安裝在隧道內ABB近900臺中壓開關柜、超過500套保護及控制單元和300多臺變壓器,以及為隧道內全球最大的通風系統(功率高達15.6兆瓦)提供的電力供應、變頻、控制等,經受住考驗。

  據介紹,圣哥達基線隧道是ABB首次面對環境最為復雜、線路最長的鐵路隧道,電氣設備需要滿足最優選擇性的安全供電、短路強度和安全冗余,以最大限度保證人身安全;與此同時,ABB也將面臨物流方面的挑戰,即需要將各種設備成功運抵隧道內,同時還要在有限的時間內做各種設備的環境測試,而其中大部分則是分開來驗證。據悉,僅變壓器一項,無論是工廠車間的模擬,還是隧道內真實環境, 其驗證次數就超過一般環境的數倍, 由此可見ABB的嚴謹技術作風。

  其實,ABB在該項目眾多投標者中脫穎而出,憑借的不僅僅是高品質的設備產品,還有其實施包括設備維修、升級和改造在內的全生命周期服務以及其豐富鐵路電氣化經驗。而也正是一次次具有挑戰的項目中不斷創新,不斷豐富著ABB在軌道交通領域的技術和產品解決方案。

  圣哥達基線隧道電氣化和TOSA兩個項目,僅僅是ABB在軌道交通領域創新解決方案的一個縮影。125年來,ABB持續為軌道交通進行著技術產品創新,無論是牽引變流器、輔助變流器、牽引變壓器,還是維護鐵路干線和支線(包括高鐵)所用的其他各種設備和子系統等,ABB不斷為客戶創造著價值。

  在中國,ABB已成功參與了京滬高鐵、青藏鐵路以及北京、上海和廣州等眾多軌道交通項目。相關資料顯示,截至2015年底,中國鐵路營業里程12.1萬千米,其中高速鐵路1.9萬千米;預計到2020年,鐵路里程達到15萬千米,覆蓋80%的城市,高速鐵路達到3萬千米。截至2015年末,中國大陸地區共26個城市開通城市軌道交通運營,運營線路總長度達3618千米,預計到2020年有望達到6000千米。

  面對中國如此巨大的市場商機,ABB如何憑借其量身打造的軌道交通節能解決方案搶灘中國市場,讓我們拭目以待!


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