揭秘瑞士ABB轨道交通电气化的黑科技
北极星输配电网讯:在瑞士这个高山小国,人均使用火车、有轨电车和巴士的频率位居世界第一,而完善的轨道交通网络是其可靠的保障。截至2014年年底,瑞士的公路总长71464千米,公路网四通八达;瑞士的铁路总长5124千米,全部电气化。
这其中,作为瑞士轨道交通电气化有力的推动者,已成立125周年、总部位于瑞士的ABB集团应该功不可没。
1891年10月2日,布朗勃法瑞公司(Brown Boveri&Cie,简称“BBC”)在瑞士巴登创立,瞄准的是电力技术。从那时开始,BBC确立了多元化的发展战略,而早期在轨道交通领域崭露头角的BBC,凭借着不断创新的技术和产品,使得轨道交通成为公司日后的一个重要业务板块。
1905年,由BBC为新落成的连接瑞士和意大利的辛普朗铁路隧道实现电气化,这一开创性成就拉开了全欧洲电气机车取代蒸汽机车的大幕;1967年,BBC成功收购了电气机车制造厂——奥利康机械厂,实现了公司轨道交通业务的大满贯。
1988年,BBC与瑞典公司阿西亚(ASEA)正式合并组建为ABB集团。
翻开ABB在轨道交通领域的创新之举——1890年为电动有轨电车供电,1892年提供电动齿轨列车,1894年苏黎世首辆电动有轨电车的制造者,1898年实施少女峰铁路电气化……尤其是1913年成功实现的洛茨堡基线隧道电气化,这是阿尔卑斯山的第一条穿山隧道。
2016年,对于ABB来讲是个值得纪念的一年,125周年华诞就从瑞士雷蒂亚铁路公司一列全新涂装ABB LOGO的Allegra列车拉开帷幕。值得一提的是,2016年6月,ABB参与建设的世界上最长的铁路隧道——新圣哥达基线隧道正式开通,这是阿尔卑斯山的第二条穿山隧道;7月,由ABB针对电动公交车充电研发的全球速度最快的闪充连接技术获得批量商业应用。
9月30日-10月4日,跟随ABB中国媒体瑞士参观团,《机电商报》记者近距离感受到ABB在轨道领域的强大实力。
公交运输的全新选择——TOSA
TOSA(新型无轨电动公交系统)全电动公交车(以下简称“TOSA”),这是目前ABB发布的最新一款电动公交车。其中,ABB负责提供车载牵引设备(包括牵引辅助集成变流器、永磁牵引电机等)、新型全自动充电装置、充电电池、能量转换系统等。
其最大的创新之处在于,改变了普通无轨电车车顶集电杆从高架电线获取动力方式,而是通过TOSA顶部移动臂在不到1秒就能够精准接入候车亭的充电座,利用乘客上下车期间让车载电池获得600千瓦功率充电15~20秒。同时,为保障车辆持续在道路上行驶,还需要在整条公交线路上每隔3站或4站配备这样的充电座,而到终点站后,再用400千瓦功率充电3~4分钟即可。
尤其是具有专利技术的充电电池,不仅尺寸小、重量轻,额定容量仅为70千瓦时,甚至小于纯电动轿车的电池容量,但其设计寿命却长达10年,在TOSA车辆20年的全寿命周期里仅仅有2次更换。
乘坐在TOSA车里,噪音非常小,其舒适性与普通电动公交车和有轨电车等没有任何差异。而15~20秒的沿途充电,让记者几乎没有任何停滞等待的感觉。
如何能精准做到这一点呢?据ABB相关技术人员介绍,早在2013年5月26日投入试运行首辆TOSA电动公交车的近一年半的时间里,ABB反复模拟各种路况的情况下如何保障车辆安全稳定运行,最新的传感技术和控制技术在这里得到充分应用。
首先,当充电电池容量低于90%时,就会自动充电;二是通过自动控制,让TOSA顶部移动臂快速精准接入充电座,这其实是ABB核心之所在;三是当车辆制动产生的能量也会通过能量转换系统自动给电池充电。另外,装有充电座的每个候车亭都有备用线缆充电插头,以应对意外情况的发生。既使遇到严重的塞车,TOSA也不会停在半路上无法运营。
如今,电动公交批量使用已成为一种趋势,毕竟以化石能源的公交车辆会受到更多的制约,减少温室气体排放,环保已成为世界各国一致认同。
那么在同是电动公交车的情况下,TOSA带来怎样的优势?一是比无轨电车更具线路选择的灵活性,减少高架线路的搭建,无论是车辆还是城市都变得美观;二是与一次充电的电动公交车相比,电池的尺寸和重量会更小、更轻,更为重要的是,可大幅降低意外发生停驶的概率。
据悉,TOSA与目前在日内瓦运行的无轨电车或柴油公交车运营费用基本相当,而这种全新充电创新技术的电动公交车,无疑为城市交通运输提供了一种全新选择。目前,TOSA已于今年7月获得首批12辆的商业应用订单,将服务往返日内瓦机场和城郊地区全长12千米的23号线上。而据ABB介绍,另有4条公交线路也有意向选择采用TOSA。
“世纪工程”的护航者
作为瑞士铁路电气化的缔造者,ABB已具有足够的实力应付各种环境的挑战,在圣哥达基线隧道建设中,ABB再一次发挥了重要的作用。
作为阿尔卑斯山的第二条穿山隧道,全长57千米的圣哥达基线隧道是欧洲一条南北贯通、世界上目前最长的铁路隧道,也是欧洲轨道交通网络中至关重要的铁路干线,承载着更多的货运和客运重任。
众所周知,铁路隧道中盐矿粉尘、刹车灰尘、轨道和线路磨损产生的铁锈颗粒,以及列车驶过时引起的剧烈气压波动和高温、高湿等(圣哥达基线隧道内温度最高超过40摄氏度,而相对湿度能够达到70%),这些都对安装在隧道内的电气设备提出了更为苛刻的要求。不仅如此,电气设备在承受极端气候条件的同时还要尽可能减少维修次数。
而安装在隧道内ABB近900台中压开关柜、超过500套保护及控制单元和300多台变压器,以及为隧道内全球最大的通风系统(功率高达15.6兆瓦)提供的电力供应、变频、控制等,经受住考验。
据介绍,圣哥达基线隧道是ABB首次面对环境最为复杂、线路最长的铁路隧道,电气设备需要满足最优选择性的安全供电、短路强度和安全冗余,以最大限度保证人身安全;与此同时,ABB也将面临物流方面的挑战,即需要将各种设备成功运抵隧道内,同时还要在有限的时间内做各种设备的环境测试,而其中大部分则是分开来验证。据悉,仅变压器一项,无论是工厂车间的模拟,还是隧道内真实环境, 其验证次数就超过一般环境的数倍, 由此可见ABB的严谨技术作风。
其实,ABB在该项目众多投标者中脱颖而出,凭借的不仅仅是高品质的设备产品,还有其实施包括设备维修、升级和改造在内的全生命周期服务以及其丰富铁路电气化经验。而也正是一次次具有挑战的项目中不断创新,不断丰富着ABB在轨道交通领域的技术和产品解决方案。
圣哥达基线隧道电气化和TOSA两个项目,仅仅是ABB在轨道交通领域创新解决方案的一个缩影。125年来,ABB持续为轨道交通进行着技术产品创新,无论是牵引变流器、辅助变流器、牵引变压器,还是维护铁路干线和支线(包括高铁)所用的其他各种设备和子系统等,ABB不断为客户创造着价值。
在中国,ABB已成功参与了京沪高铁、青藏铁路以及北京、上海和广州等众多轨道交通项目。相关资料显示,截至2015年底,中国铁路营业里程12.1万千米,其中高速铁路1.9万千米;预计到2020年,铁路里程达到15万千米,覆盖80%的城市,高速铁路达到3万千米。截至2015年末,中国大陆地区共26个城市开通城市轨道交通运营,运营线路总长度达3618千米,预计到2020年有望达到6000千米。
面对中国如此巨大的市场商机,ABB如何凭借其量身打造的轨道交通节能解决方案抢滩中国市场,让我们拭目以待!