CN201712488U

CN201712488U - 市电无轨电车

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Publication number: CN201712488U
Application number: CN2010201496622U
Authority: CN
Inventors: 龚秋声
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-04-02
Filing date: 2010-04-02
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2020-04-02

Abstract

一种市电无轨电车，它由三相高压电网(1)、10KV/400V高压降压变压器(2)、滑线网(3)、滑触线(4)、绝缘片(5)、受电器(6)、(7)、市电电功率计量装置(10)、市电电车(8)、(9)组成，其特征在于：市电直供电车三条或二条滑线网(3)，电车通过受电器在三条或二条滑线网(3)上获得市电做动力的电车(8)、(9)，电车上有市电电功率计量装置(10)，因此，每辆电车就是一个市电用电户，可实行“电车包车到户”。它没有整流站和直流输电线网，因此与现有城市无轨电车相比具有基础设施投资少、没有直流输电线网视觉污染和运行成本低等优点。

Description

市电无轨电车

[一]技术领域本设计涉及无轨电车，尤其是涉及直接使用市电电压电源的无轨电车。

[二]背景技术城市无轨电车已发明和运行近百年，可是城市无轨电车供电系统至今都还是沿用着电车发明初时采用的直流供电体制，并且电车供电站和电车都属于同一单位(电车公司)管理。目前世界上无轨电车只有在城市内运行的公交电车，还没有城乡、城外公路和高速公路上运行的无轨电车，更没有用于城外公路和高速公路上做货运的无轨电车。城市无轨电车线网架设对某些交叉路口存在着一定视觉污染，有很多城市已将无轨电车拆除或退出城市中心区。但它不排放有害气体、绿色、环保、低碳，近几年又有些已拆除无轨电车的城市又在考重建无轨电车。重建和新建无轨电车的城市都希望有投资更省，视觉污染更少，运行经济效益和社会效益更好的新无轨电车，这就需要无轨电车技术创新和管理机制创新！

《美国科学院学报》2008年刊登的研究报告称，过去10年，全球二氧化碳排放总量增加了13％，而源自交通工具的碳排放量增长率达25％。另有研究认为，运输业对二氧化碳排放量要占全球二氧化碳排放总量的30％以上。全球运输业使用的能源主要是石油这种不可再生能源，而运输业中使用石油最多的是公路运输，全球公路运输所排放的二氧化碳对全球气候变暖负有极重要责任，公路节能减排就成为全球减少二氧化碳排放的重大研究课题。

我国提出到2020年国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40-45％的奋斗目标。我国公路总里程数量居世界第二，汽车产销量都居世界首位，石油消耗总量的52％要依赖进口，这些进口石油主要用于公路汽车运输，因此，我国对减少公路运输所使用的石油依赖，不仅是节能减排的需要，也是能源安全战略需要。我国推出“十城千辆”新能源汽车示范工程，就是要减少我国对进口石油的依赖，减少公路运输二氧化碳的排放量。提出低碳绿色交通，无轨电车是公路交通中最低碳的绿色交通运输工具，这给无轨电车迎来一个“起死回生”向低碳运输发展的“绿色”机遇，只要国家对无轨电车基础设施——电车供电网建设重视、政策引导和资金支持，中国人发明的以交流电直供电车滑线网为特色的“新无轨电车”就有可能由城内公交客运，走向城乡、中小城市、城外公路和高速公路客运，由客运扩大到公路和高速公路大宗货物运输，为我国和世界公路节能减排和电气化做出贡献。

同一发明人在直流电机桥全晶闸管调速装置(申请号：20010007811，4)、三相交流电车(申请号：200810137424.1)和混合动力无轨电车(申请号：20091016868.2)中提出：高压降压变压器次级交流电直供电车滑线网的无轨电车——交流供电体制的无轨电车，它们都还要使用电车专用的高压降压变压器供电，电车上的供电电压未能与三相市电供电压相统一，因此，在还存在着成本较高和运行费用较高的不足。本设计就是要用与市电高压降压变压器替代三相交流电车中专用的三相高压降压变器，使无轨电车的交流供电电压与三相市电供电电压相接轨，做到两者做到完全统一，这样无轨电车就可以使用地面通用技术和设备(变压器、低价空调、电机、调速装置、电功率表和开关电器等)，从而大大降低制造成本和运行费用，使无轨电车这一公认为最经济、零排放、绿色环保的运输工具能“起死回生”，获得大发展。无轨电车供电电压与工业民用市电电压相统一这是一项史无前例，非常重大的创新成果，它能大大降低无轨电车基础设备投资建设费和无轨电车综合运行费。秦始皇统一度量衡和统一货币，它们对推动经济社会发展所起的作用非常大，同样本设计将电车滑线网的供电与三相市电供电统一，肯定能推动无轨电车这绿色环保经济的发展，为公路节能减排、电气化、减少二氧化碳排放做贡献。

从节能与新能源汽车，特别是电动汽车发展前景可从看到，电动汽车的充电原来只是用车单位的事，为推动电动汽车的发展，国家将电动车充电站建设立为交通基础设施建设。供电公司投资电动汽车充电站和充电桩的建设，电动汽车用户向充电站和充电桩购买电能，电动汽车充电站和充电桩就成为独立的新兴产业，它定能促使电动汽车的大发展。如果无轨电车也能参照这种模式，将电车供电站与电车分离成二个独立经营单位，电车供电站滑线网的建设与现在电动车充电站建设一样立为国家供电网公路基础设施建设，那么“新无轨电车”也就能获得大发展。因电车的制造成本与传统汽车相近，它远远低于公交电动汽车和公交混合动力汽车，电池占整个电动汽车成本比例很大，并且寿命仅2-3年(进口锂电池3年)，这使新能源汽车内的电池每百公里的折旧费要比电费还高得多，而新发明的油电混合动力无轨电车上没有动力电池，因此，新无轨电车不但购车成本远远低于大中型电动汽车，而且运行综合成本也远低于大中型电动汽车，混合动力电车就有可能成为公路运输节能环保最有经济效益的大中型车辆。

现在城市无轨电车有整流站、直流输电线和电车滑线网三大基础设施建设，为节省基础设施建设投资和提高运行经济效益，已发明沿电车线路用多个高压降压变压器取代多个电车整流站的交流供电体制的新无轨电车，它节省直流输电线和整流站的建设地皮和资金，将整流站内的大变压器变成多个小变压器，按装在电车线路沿线，其初级与三相高压电网相连，次级交流直供电车滑线网相连，这样新无轨电车不但可比城市无轨电车的基础设施投资减少50％，而且没有直流输电线的视觉污染，大大提高电车运行经济效益。后又发明混合动力无轨电车，使新无轨电车既具有汽车的机动性，又具有电车的节能环保性，并且电车可以单高压回路供电就能保安全运行。本设计又提出电车滑线网电压与三相市电压相统一，不但进一步减少基础设施投资，同时也进一步降低新无轨电车制造成本和运行费用。本设计还提出在公路和高速公路繁忙地段的公路上架设三相市电直接供电的电车滑线网，由国家投资电车滑线网的单位单独管理，使无轨电车基础设施(电车滑线网)与电车两者分开经营，每辆新无轨电车都只相当于电车滑线网管理单位的一个用户，管理单位可向每辆电车预售电车电能消费卡(相当于汽车向加油站买油)来经管电能，电车使用电能消费卡消费。由于电车的价格和运行费，要比现有电动汽车价格和运行费用都要低得多，甚至比现有混合动力汽车都要低得多。电车寿命又长达15年以上，而混合动合汽车和电动汽车中的动力电池寿命仅2-3年，也就是说在电车寿命期间内，电动汽车和混合动力汽车内的动力电池要换很多次，这是一笔很大的费用，而无轨电车没有这笔电池折旧费，其经济效益会比大电动汽车和大混合动力汽车要好得多。如果国家在公路上架设有市电电车滑线网，作为国家公路基础设施建设投入，运输单位就会从经济效益考虑，即使没有政府财政补贴也会主动购混合动力无轨电车替代运货和客运汽车，这样混合动力无轨市电电车有可能成为公路节能减排和电气化的主力大车，它有可能比现有混合动力大客车和纯电动大客车更节能环保，有更大经济和社会效益的新无轨电车新兴产业群。

{三}发明内容本设计提供一种类似于用电动汽车和充电站的管理模式，来管理电车和电车滑线网，将无轨电车滑线网及其供电划为一个独立单位管理，其服务对象是在电车滑线网运行的货运和客运电车。无轨电车滑线网与电动汽车充电站一样都属于公路节能减排和电气化的公用交通基础施设，都应由国家有关单位投资建设。这就是一种电车行业前所未有的管理运行模式。本设计人发明的“新无轨电车”与现有“新能源汽车”一样，它们都是既节能减排、绿色、低碳、环保，又能发展成有社会效益和经济效益的“新无轨电车”产业群。

新无轨电车是指电车滑线网交流供电的无轨电车(现有无轨电车都是电车滑线网直流供电的无轨电车)，它是中国一大发明，因此，新无轨电车也可称“交流无轨电车”、“中国特色无轨电车”、“特色无轨电车”。本设计的新无轨电车是使用市电电压的无轨电车，由于市电有380伏、和220伏二种电压，因此，本设计的无轨电车就有三杆(三相380伏)市电无轨电车、二杆(二相380伏或单相380伏市和单相220伏)市电无轨电车，并且都可在电车内装内燃机成为混合动力市电电车。

本设计的技术特征在于：公路上架设的电车三条或二条滑线网上，直接连接三相或二相或单相市电电压的电源：三杆市电电车是通过集电杆受电器在三条电车滑线网上获得三相380伏市电运行，二杆市电电车是可通过集电杆受电器在二电车滑线网上获得380伏或220伏市电运行，每辆电车上都有电功率计量装置，每辆电车就是一个单独的用电户，因此，每辆电车就可单独经济额算，实现“包车到人”，充份发挥积极性。就能将特色电车推广到城乡公路、城际公路和高速公路的货运和客运，推动公路节能减排和电气化。

市电无轨电车，它由电车的市电供电网和市电电车两大部分组成，电车的市电供电网由高压电网、多个高压降压变压器、多段电车滑触线和连接多段滑触线的绝缘片组成，高压变压器初级与高压电网相连，高压变压器次级输出电压与市电电压相同，次级与三条或二条滑触线网相连。电车有三杆和二杆两种，二杆电车有380伏和220伏。电车内都有电功率计量装置、双能源(电网电能和电池电能，或电网电能和燃料热能)拖动装置，它们可单独使电车行驶。在没有架设电车滑线网的地段(城区)，使用电池拖动电机使电车行驶，或燃料拖动内燃机使电车行驶，这样就使特色电车具有汽车的机动灵活性，当电车行驶到架有电车滑线网的公路和高速公路时，装在电车上的集电杆自动升起与架在公路上方的滑线网连通，驾驶员按下动力切换开关以后，车上动力由油动力或电池动力转换为电网动力拖动，当电车即将驶出架有滑线网时，再收起电车集电杆电车切换到电池电拖动，或燃料能拖动电车到目的地。

本设计是一种市电无轨电车，它由三相高压电网(1)、10kv/400v高压降压变压器(2)、滑线网(3)、滑触线(4)、绝缘片(5)、受电器(6)、(7)、市电电功率计量装置(10)、市电电车(8)、(9)组成，其特征在于：市电直供电车三条或二条滑线网(3)，电车通过受电器在三条或二条滑线网(3)上获得市电做动力的电车(8)、(9)，电车上有市电电功率计量装置(10)，因此，每辆电车就是一个市电用电户。

本设计的市电无轨电车，它由市电供电网和市电电车两大部分。市电电车供电网由三相高压电网(1)、三相降压变压器(2)、滑线网(3)组成。滑线网(3)又是由滑触线(4)和绝缘片(5)组成。滑线网(3)有三条滑触线和二条滑触线两种。市电电车供电网的特征在于：电车滑线网上的电压与市电电压相同。市电电车有三杆市电电车(8)、二杆市电电车(9)，二杆市电电车又有380伏和220伏两种电压。其特征在于：三杆市电电车(8)通过车上三杆受电器(6)获得三相380伏市电，电车上有市电电功率计量装置(10)；二杆市电电车(9)通过二杆受电器(7)获得380伏或220伏市电，电车上也有市电电功率计量装置(10)。

本设计的三杆市电电车(8)和二杆市电电车(9)是一种装有电动机和内燃机的混合动力市电无轨电车，或者一种装有电动机市电拖动和动力电池拖动的双电源市电无轨电车，它们在没有市电电车滑线网的公路上都能使用内燃机，或电池拖动电车运行，在有市电电车滑线网公路上就可升起集电杆与滑线网接能使用三相市电或二相市电拖动运行，因此，就具有汽车的机动灵活性和电车的节能环保等优点。

管理机制的创新有时比技术创新更重要更有经济效益和社会效益，本设计的技术创新就是将无轨电车滑线网上供电电压与市电供电电压相统一；本设计的管理运行机制的创新是将无轨电车的供电系统和电车分开管理，电车的供电由一个单位负责，向在电车滑线网上运行电车收费服务(售电能消费卡)，电车的供电系统与现在电动汽车充站和充电桩一样，都由国家投资建设和管理。拥有电车单位或个人使用电车滑线网上电源时使用电能消费卡消费。由于使用电车运货和运客的综合运输成本要比用大公交电动汽车和大公交混合动力汽车低得多，因此，可用经济效益推动市电无轨电车的迅速发展。

[四]附图说明附图是本设计的市电直供电车三条和二条滑线网的市电无轨电车方框图。其中：三相高压电网(1)、10kv/400v三相降压变压器(2)、滑线网(3)及其滑触线(4)和绝缘片(5)是市电无轨电车基础设施建设，属国家公路基础设施投资建设的一部分，由国家投资方管理，它相当于汽车加油站和电动汽车充电站，为拥有市电电车单位或个人收费服务。三杆市电电车(8)和二杆市电电车(9)由购车者管理。滑触线(4)和绝缘片(5)连接成电车的滑线网(3)，滑触线是由三相降压变压器次级提供市电。(6)是三杆电车上的受电器，(7)是二杆电车上的受电器，(10)是电车(8)和(9)内的电功率计量装置。三条市电滑线网同时允许使用三杆市电电车(8)和二杆380伏市电电车(9)，三相市电电车多是大宗货运电车和大公交电车。

[五]具体实施方式本设计的电车供电网与三相交流电车发明申请中的供电网结构相同，所不同的只是电车滑线网上采用的三相电压，每个三相降压变压器输出都有电度表计量，本设计的电车滑线网上的电压与市电电压相同，这是一项史无前例，具有很大经济效益和社会效益的重大科技创新发明，因为，本设计的无轨电车的基础设施投资比现有运行的城市无轨电车的基础设施投资减少一半，大幅度降低无轨电车的运行成本和提高经济效益，使特色无轨电车能走进量大面广的城乡公路、地市级中小城市、城际公路和高速公路，为公路节能减排和电气化做较大贡献。

我国在北京、广州等城市运行的DC/AC双电源交流变频调速的无轨直流电车，它是在直流600V电车滑线网上运行，电车额定工作电压范围是420-750V。因此，具体实施本设计方式最简便的方法，是在现有最先进的双电源直流无轨电车上做为如下改装：1)380V市电三相桥式整流输出直流电压513V，正好在双电源直流电车的额定工作电压范围之内，因此，只要在这种车上用三集电杆受电器替换原电车上二集电杆受电器，再增加市电电度表、三相桥式整流模块就可改装成本发明中的无轨三相380伏市电电车(8)：2)380V二相市电桥式整流，再加功率因数校正(PFC)电路就可获得690V直流电压，也正好在双电源直流电车额定工作电压范围之内，因此，只要在这种电车上增加市电电度表、单相桥式整流模块和单相功率因数校正电路(由1个小电感、1个全控器件及其控制电路、1个二极管和1个大电容组成)就将它改装成实施本发明中的无轨二相和单相380伏市电电车(9)。

为使本设计新无轨电车更具有中国发明特色(采用国人发明的世界教学顶级电路——龚氏桥全电路)和成本更低，二杆市电电车(9)可采用同一发明人“直流电机桥全晶闸管调速装置”中的交流电车拓扑桥全调速电路；三杆市电电车(8)可采用同一发明人“三相无轨电车”中的拓扑三相全控桥直流电机调速电路；三杆市电电车(8)和二杆市电电车(9)都可采用同一发明人“混合动力无轨电车”中的内燃机替代双电源无轨电车中的动力电池。由于双电源直流无轨电车中的动力电池每离2-3年就要换一次，进口锂电池使用寿命仅3年，每换一次电池需要10多万元，而电车寿命长达15-年以上，电车从开始使用到报费就要换4-5次电池，换电池费就需40-50万元。因此，从经济效益考虑，双电源电车还不如油电混合动力电车。油电混合动力电车比锂电池双电源电车造价低，混合动力电车上又没有动力电池，混合动力电车不但每年就能省电池折旧费3-4万元，而且电车的机性更好(双电源受电池容限制脱线运行距离，而内燃机不受限止)，再加上本发明的混合动力市电电车上可以使用通用直流电机、通用市电空调、通用市电电功率计量装置和开关电器等，因此，本发明的三杆市电混合动力电车和二杆市电混合动力电车比不通用电压的无轨混合动力电车的造价和运行成本更低，维修更方便等优点。

北京投放800辆进口锂电池混合动力汽车价格高达90多万，而且3年就要换一次锂电池又需要10多万元，而本发明的混合动力无轨市电电车每辆价不会超过70万，因此，本设计的混合动力无轨市电电车不但购车费可节能20万元，而且每年可节能锂电池折旧费3万多元，因而本发明的无轨市电电车从节能减排效果、社会效益和经济效益都还远大于公交混合动力汽车。至于公交锂电池电动汽车，由于锂电池容量远比混合动力汽车中的锂电池客量大几倍，其价要比混合动力汽车高得多，也要每3年换一次电池，本设计市电电车的经济效益远远大于大电动公交汽车，而它们节能减排效果相接近。国家为推广以电动汽车为代表的新能源汽车，启动“十城千辆”示范工程，国家电网、中石油和中石化争先投资建设充电站，以电动汽车交换电池和充电为电能贸易对象。发明人认为国家可向全国征集公路运输比较繁忙200公里以内的城乡公路、城际公路或城际高速公路，启动“十条公路电气化”特色无轨电车示范工程，国家投资建设特色三相电车滑线网进行电能贸易——购卖买电车滑线网电能消费卡，由于混合动力特色电车既节能又环保，且综合经济效益远好于混合动力公交汽车，购买特色电车就不需要国家财政补贴也能推动，在架设有三相电车滑线网公路段运输单位就会有购置特色电车的积极性，因它可升起集电杆使用电力拖动节省一半运输费。

三条电车滑线网及其供电建设只需沿线有10千伏电网、变压器、滑触线等，建设“十条百公里”特色无轨电车示范工程，仅需投资几亿元。当公践上电车滑线网增加到一定数量后，再进行全国公路电车滑线网的联网与统一经营和管理，它就能与高铁一样实现公路电气化，为国家节能减排和减少石油进口量做出重大贡献。

Claims

1.一种市电无轨电车，它由三相高压电网(1)、10kv/400v高压降压变压器(2)、滑线网(3)、滑触线(4)、绝缘片(5)、受电器(6)、(7)、市电电功率计量装置(10)、市电电车(8)、(9)组成，其特征在于：市电直供电车三条或二条滑线网(3)，电车通过受电器在三条或二条滑线网(3)上获得市电做动力的电车(8)、(9)，电车上有市电电功率计量装置(10)，因此，每辆电车就是一个市电用电户。

2.根据权利要求1所述的市电无轨电车，其特征在于：10kv/400v高压降压变压器(2)初级与三相10kv高压电网(1)相连按，次级与三条电车滑线网(3)相连接的电车供电网。

3.根据权利要求1所述的市电无轨电车，其特征在于：10kv/400v高压降压变压器(2)初级与10kv高压电网(1)相连按，次级与二条电车滑线网(3)相连接的电车供电网。

4.根据权利要求1所述的市电无轨电车，其特征在于：三杆受电器(6)获得市电做动力的三杆电车(8)，电车上有市电电功率计量装置(10)，因此，每辆电车就是一个市电用户。

5.根据权利要求1所述的市电无轨电车，其特征在于：二杆受电器(7)获得市电做动力的二杆电车(9)，电车上有市电电功率计量装置(10)，每辆电车就是一个市电用电户。

6.根据权利要求4所述的市电无轨电车，其特证在于：电车(8)是一种有市电电功率计量装置(10)、电动机拖动装置和内燃机拖动装置的混合动力三杆市电无轨电车。

7.根据权利要求5所述的市电无轨电车，其特证在于：电车(9)是一种电车上有市电电功率计量装置(10)、电动机拖动装置和内燃机拖动装置的混合动力二杆市电无轨电车。