列車牽引設(shè)備供電線路的改造

張聞天

南京地鐵運(yùn)營(yíng)責(zé)任有限公司 江蘇南京 21000

摘要：牽引設(shè)備冷卻風(fēng)機(jī)是保證列車牽引系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要組成部分。因此，一定要保證列車牽引設(shè)備冷卻風(fēng)機(jī)的可靠性。

關(guān)鍵詞：列車；牽引設(shè)備；供電回路改造

1列車牽引設(shè)備冷卻風(fēng)機(jī)的供電方式

目前，為了能夠?qū)崿F(xiàn)列車牽引系統(tǒng)的可靠和可操作性，牽引設(shè)備冷卻風(fēng)機(jī)的電源由輔助系統(tǒng)來提供，基本上采用的都是并網(wǎng)或交叉供電方式。而這其中，又以并網(wǎng)供電的可靠性最高，理論上，多節(jié)編組的列車只需要有一臺(tái)輔助逆變器處于工作狀態(tài)中，就可以保證正條列車牽引設(shè)備冷卻風(fēng)機(jī)的供電正常。只是，并網(wǎng)供電技術(shù)的最早應(yīng)用，是在某軌道交通1號(hào)線增能擴(kuò)編項(xiàng)目列車上，而之前項(xiàng)目的列車仍采用傳統(tǒng)的交叉供電方式。

2列車牽引設(shè)備冷卻風(fēng)機(jī)交叉供電原理

AC01型電動(dòng)列車牽引設(shè)備冷卻風(fēng)機(jī)（FANs）包括牽引箱冷卻風(fēng)機(jī)與制動(dòng)電阻箱冷卻風(fēng)機(jī)，采用強(qiáng)迫風(fēng)冷的方式保證牽引設(shè)備在允許溫度范圍內(nèi)正常工作。其供電方式采用交叉供電方式，由Tc車輔助逆變器（AI-1）輸出AC380V供電。2個(gè)Tc車輔助逆變器分別為一半的動(dòng)力車（Mp車或M車）牽引設(shè)備冷卻風(fēng)機(jī)供電。當(dāng)一個(gè)Tc車輔助逆變器無法工作時(shí)，該逆變器供電的冷卻風(fēng)機(jī)將自動(dòng)切換至另一個(gè)Tc車的輔助逆變器；當(dāng)2個(gè)Tc車輔助逆變器都無法工作時(shí)，列車牽引系統(tǒng)將因失去通風(fēng)冷卻功能而無法工作，最終導(dǎo)致列車救援事故。由于AC01型電動(dòng)列車的Tc車輔助逆變器自身故障率較高及冷卻風(fēng)機(jī)短路時(shí)有發(fā)生等原因，使正線運(yùn)營(yíng)列車存在較大的救援風(fēng)險(xiǎn)，故有必要采取有效措施以杜絕此類事故的發(fā)生。

3改造方案的設(shè)計(jì)

由于AC0l型電動(dòng)列車每節(jié)車都有一個(gè)輔助逆變器（AI-2）均輸出AC380V為客室空調(diào)供電，其電源形式與牽引箱冷卻風(fēng)機(jī)及制動(dòng)電阻箱冷卻風(fēng)機(jī)所需電源相同，因此，可通過供電回路的改造，實(shí)現(xiàn)在Tc車輔助逆變器故障時(shí)，牽引設(shè)備冷卻風(fēng)機(jī)電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換至Mp車或M車的輔助逆變器供電，以降低輔助供電系統(tǒng)故障對(duì)列車牽引功能的影響。

3.1動(dòng)力車輔助逆變器的功率核算

為實(shí)現(xiàn)上述設(shè)計(jì)，必須在動(dòng)力車輔助逆變器原有空調(diào)負(fù)載的基礎(chǔ)上增加牽引設(shè)備冷卻風(fēng)機(jī)負(fù)載，因此必須核算動(dòng)力車輔助逆變器功率是否滿足改造要求。動(dòng)力車輔助逆變器的額定功率為AC90kV，功率因數(shù)為0.85，故其有功功率為76.5kw。

3.2空調(diào)負(fù)載功率的計(jì)算

動(dòng)力車輔助逆變器負(fù)載為空調(diào)機(jī)組，每臺(tái)動(dòng)力車輔助逆變器負(fù)載為3臺(tái)空調(diào)機(jī)組。每臺(tái)空調(diào)機(jī)組總成的額定功率為24.22kW，則每臺(tái)動(dòng)力車輔助逆變器的負(fù)載功率為72.66kW。通過對(duì)空調(diào)負(fù)載實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的分析可以發(fā)現(xiàn)，在滿負(fù)荷工作時(shí)，每臺(tái)空調(diào)機(jī)組的實(shí)際功率均小于22kW，其負(fù)載總功率不超過66kW。

3.3牽引設(shè)備冷卻風(fēng)機(jī)負(fù)載功率的計(jì)算

改造后的電力汽車的牽引箱故障條件和制動(dòng)電阻箱冷卻風(fēng)扇將被轉(zhuǎn)換為輔助逆變器供電，所以電源車輔助逆變器將增加牽引箱冷卻風(fēng)機(jī)負(fù)載功率（1.1KW）和制動(dòng)電阻箱冷卻風(fēng)扇（2.2KW）。

4改造方案

4.1牽引設(shè)備冷卻風(fēng)機(jī)供電回路改造方案

經(jīng)過功率核算可知，動(dòng)力車輔助逆變器完全符合改造要求。因此，可以通過將原來牽引箱冷卻風(fēng)機(jī)及制動(dòng)電阻箱冷卻風(fēng)機(jī)電源在2個(gè)Tc車輔助逆變器之間自動(dòng)切換，改為在一個(gè)Tc車與本車（Mp車或M車）輔助逆變器之間自動(dòng)切換，從而提高牽引系統(tǒng)工作的可靠性。實(shí)際改造中，只需將M車或Mp車牽引設(shè)備冷卻風(fēng)機(jī)的三相電源線接至本車輔助逆變器的三相輸出端，同時(shí)更改原供電控制電路中的相關(guān)繼電器接線即可。這樣，在一個(gè)Tc車輔助逆變器故障時(shí)，可實(shí)現(xiàn)一半動(dòng)力車的牽引設(shè)備冷卻風(fēng)機(jī)由本車的輔助逆變器分別供電，不增加另一個(gè)正常Tc車輔助逆變器的負(fù)載；同時(shí)可將原來集中于故障Tc車的冷卻風(fēng)機(jī)負(fù)載分散至各個(gè)動(dòng)力車逆變器，不影響列車的正常牽引功能。更重要的是，當(dāng)2個(gè)Tc車輔助逆變器同時(shí)故障時(shí)，所有動(dòng)力車的牽引設(shè)備冷卻風(fēng)機(jī)均會(huì)自動(dòng)切換至本車輔助逆變器，可繼續(xù)為牽引設(shè)備進(jìn)行通風(fēng)冷卻，以保證列車的牽引功能。

4.2列車中央控制單元軟件修改

如上所述，牽引設(shè)備冷卻風(fēng)機(jī)的供電回路經(jīng)過改造后，完全可以在2個(gè)Tc車輔助逆變器故障的情況下由動(dòng)力車輔助逆變器繼續(xù)為牽引設(shè)備冷卻風(fēng)機(jī)提供電源。但是，由于列車中央控制單元（CCU）軟件中有關(guān)Tc車輔助逆變器狀態(tài)對(duì)牽引系統(tǒng)影響的相關(guān)控制，僅實(shí)現(xiàn)硬件電路改造，仍無法到達(dá)預(yù)期目標(biāo)。因此，必須對(duì)CCU軟件進(jìn)行相應(yīng)修改。若CCU總線正常，功能塊輸出為變量HBI，該值取決于牽引設(shè)備冷卻風(fēng)機(jī)電源狀態(tài)（BlowerContr01），即Tc車輔助逆變器工作狀態(tài)。當(dāng)至少有1個(gè)Tc車輔助逆變器正常工作時(shí)，HBI=1；當(dāng)2個(gè)Tc車輔助逆變器都不工作時(shí)，HBI=0。

若CCU總線故障，功能塊輸出為變量EMV。該變量恒為1。

因此，當(dāng)CCU總線正常，2個(gè)Tc車輔助逆變器同時(shí)不工作時(shí)，HBI=0，即變量$HBUEIN=0。當(dāng)$HBUEIN=0，則CCU將該變量發(fā)送給所有牽引控制單元（TCU），產(chǎn)生相應(yīng)的故障代碼并封鎖TCU，則列車牽引系統(tǒng)停止工作。

為了實(shí)現(xiàn)牽引設(shè)備冷卻風(fēng)機(jī)電源切換到動(dòng)力車輔助逆變器后，列車能夠繼續(xù)實(shí)現(xiàn)牽引功能，必須設(shè)法讓CCU變量$HBUEIN=1，屏蔽相關(guān)故障。

通過修改CCU軟件，可以將功能塊LoADEN2中的變量EMV（恒為0）插入功能塊LOADENI中替換SEL變量。LOADENl的輸出變量$HBUEIN=1，則CCu始終認(rèn)為“至少有一個(gè)Tc車輔助逆變器正?！?，即列車在2個(gè)Tc車輔助逆變器故障的情況下不封鎖TCU，允許列車牽引。由于LOADEN2為備用功能塊，不參與CCU程序中的任何控制，因此調(diào)用其中的EMV變量不會(huì)對(duì)列車的其它功能產(chǎn)生影響。

5蓄電池運(yùn)營(yíng)能力試驗(yàn)

由于Tc車輔助逆變器除為牽引設(shè)備冷卻風(fēng)機(jī)提供電源外，還負(fù)責(zé)對(duì)主蓄電池進(jìn)行充電及提供低壓直流負(fù)載電源。因此，即使實(shí)現(xiàn)了硬件電路改造和控制軟件修改，還必須考慮失去蓄電池充電器供電的情況下主蓄電池對(duì)低壓直流負(fù)載的供電能力。

正線模擬運(yùn)營(yíng)試驗(yàn)表明，在2個(gè)Tc車輔助逆變器切除（僅主蓄電池供電）狀態(tài)下，打開全列車低壓直流負(fù)載，列車可以在該軌道交通1號(hào)線正線運(yùn)營(yíng)31km里程，蓄電池電壓從101V下降至93.5V，距離蓄電池欠壓保護(hù)值84V仍有較大的安全范圍。

6.結(jié)語

通過以上的分析和研究，地鐵AC01型電動(dòng)列車可以通過對(duì)牽引設(shè)備冷卻風(fēng)機(jī)的交叉供電回路改造，配合相關(guān)控制軟件修改后，杜絕牽引系統(tǒng)因TC車輔助逆變器故障引起失效進(jìn)而導(dǎo)致的救援事故。同時(shí)，在TC車輔助逆變器故障時(shí)，可以將動(dòng)力車牽引設(shè)備冷卻風(fēng)機(jī)電源切換至動(dòng)力車輔助逆變器，從而降低輔助系統(tǒng)故障對(duì)牽引功能的影響，以保證列車的運(yùn)營(yíng)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]李軼斌.中壓交流并網(wǎng)供電技術(shù)在地鐵列車上的應(yīng)用[J].城市軌道交通研究，2012（6）：121.