客車不間斷電源裝置研制

簡要介紹了新型3AC380V列車供電系統(tǒng)的發(fā)展過程，重點(diǎn)闡述了客車不間斷電源裝置的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)。以此設(shè)計(jì)的客車不間斷電源裝置在實(shí)際的工程應(yīng)用中得到了驗(yàn)證。

【關(guān)鍵詞】3AC380V列車供電系統(tǒng) 客車不間斷列車供電裝置 特點(diǎn)

3AC380V列車供電系統(tǒng)是為鐵路旅客列車上各種電器提供電源的系統(tǒng)設(shè)備， 其供電制式為3AC380V，目前基本采用空調(diào)發(fā)電車供電。通過柴油機(jī)轉(zhuǎn)化成電能，為列車提供電源，能耗非常高。每列車編組18節(jié)車廂，包含硬座、硬臥等，年消耗燃油400噸，費(fèi)用高達(dá)三百萬，再加上柴油機(jī)維修等成本，其開支相當(dāng)驚人。除運(yùn)行成本高外，空調(diào)發(fā)電車因?yàn)槿加托孤哆€存在著不可完全避免的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。隨著鐵路的電氣化和電力機(jī)車變流技術(shù)的進(jìn)步，已有3AC380V列車供電系統(tǒng)仍然依靠柴油發(fā)電機(jī)供電已不能滿足社會(huì)發(fā)展的需要。

目前部分SS9電力機(jī)車裝備了新型3AC380V列車供電裝置，可直接向列車提供3AC380V供電電源，具備投資小、無污染、見效快等優(yōu)點(diǎn)。由于過分相造成列車照明及控制電源頻繁中斷，不能滿足列車供電系統(tǒng)的運(yùn)行需要，需在客車上額外加裝不間斷電源，以保障照明及控制電源連續(xù)工作。

1 不間斷電源原理

不間斷電源由整流、儲(chǔ)能、變換和開關(guān)控制組成。系統(tǒng)穩(wěn)壓功能由整流器完成，其本身具有可根據(jù)輸入的變化控制輸出幅度的功能。凈化功能由儲(chǔ)能電池來完成，電池除了可存儲(chǔ)能量外，對整流器來說就像大容量的電容器。頻率的穩(wěn)定則由變換器來完成。為方便日常操作與維護(hù)，設(shè)計(jì)了檢修旁路等開關(guān)。

在外部電源正常供電時(shí)，不間斷電源通過整流-逆變給負(fù)載供電，同時(shí)給電池充電；當(dāng)突發(fā)停電時(shí)，由電池經(jīng)逆變后供給負(fù)載所需電源。

2 主電路及技術(shù)參數(shù)

2.1 主電路

根據(jù)3AC380V列車特點(diǎn)，為保證三相平衡，客車不間斷電源裝置系統(tǒng)輸入為3AC380V，經(jīng)過整流、逆變后輸出AC220V電源給客車照明等負(fù)載用。同時(shí)從中間回路取電給電池充電，在過分相輸入中斷時(shí)，電池自動(dòng)給中間回路提供DC48V電源，逆變器輸出AC220V。另外在裝置中設(shè)置了旁路開關(guān)，系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)可切換至旁路狀態(tài)。

2.1.1 輸入回路

三個(gè)單相整流模塊并聯(lián)，將3AC380V轉(zhuǎn)變成DC48V直流，任何一個(gè)損壞時(shí)仍可以保持正常輸出。

2.1.2 輸出回路

電池模塊均自帶充電單元，正常情況下由模塊1給逆變模塊提供DC48V電源。當(dāng)模塊1故障后，模塊2立即輸出DC48V電源。

2.1.3 輸出回路

正常情況下逆變模塊U4給外部負(fù)載供電。當(dāng)U4故障后，U5立即輸出。

在不間斷電源裝置無輸入電壓或輸入電壓異常的情況下，可持續(xù)提供30分鐘以上的電源輸出。裝置輸入正常后，除繼續(xù)保證AC220V輸出，還可以根據(jù)電池狀況完成電能補(bǔ)充。

2.2 技術(shù)參數(shù)

客車不間斷電源裝置的額定輸入電壓為3AC380V/50Hz，額定輸出電壓為AC220V/50Hz，額定輸出功率為2kW，單次應(yīng)急供電時(shí)間大于30分鐘。

2.3 儲(chǔ)能電池選型

SS9電力機(jī)車3AC380V列車供電裝置過分相時(shí)，會(huì)導(dǎo)致客車供電頻繁中斷、而客車照明及控制所需的電源又不能中斷，這就要求所提供的不間斷電源裝置必須有合適的電池：

當(dāng) 3AC380V供電正常時(shí)，不間斷電源給電池充電、同時(shí)給負(fù)載提供AC220V電源；當(dāng)3AC380V供電中斷時(shí)，電池給不間斷電源放電、不間斷電源給負(fù)載提供 AC220V電源。

目前客車常用的電池包括鉛酸電池和鎳鎘堿性電池，鉛酸電池充放電循環(huán)次數(shù)一般是 500次，鎳鎘堿性電池一般是1000次。在使用過程中，電池充放電循環(huán)次數(shù)超過限制值，電池性能將變差。 再加上這兩種電池體積大、重量重，不適合客車不間斷電源裝置。

而目前的新型儲(chǔ)能電池中，磷酸鐵鋰電池具有五大優(yōu)點(diǎn)：

（1）晶體穩(wěn)固，在過充時(shí)不會(huì)發(fā)熱，擁有良好的安全性。電池可通過短路、過充、過放等試驗(yàn)；

（2）一般情況下電池循環(huán)壽命達(dá)到2000次以上；

（3）電池被認(rèn)為是不含任何重金屬與稀有金屬，為絕對的綠色環(huán)保電池；

（4）可以最大2C電流進(jìn)行快速充放電，在專用充電器下，充電40分鐘內(nèi)即可使電池充滿；

（5）電池?zé)o記憶現(xiàn)象，無論處于什么狀態(tài)，可隨充隨用。

3 結(jié)束語

客車不間斷電源裝置從2015年11月開始，在Z79/80次（大連-北京）特快列車上投入使用，完全滿足和SS9電力機(jī)車3AC380V列車供電裝置配套的要求，機(jī)車頻繁過分相也不會(huì)影響客車照明及控制用電。

目前所有的3AC380V供電的旅客列車，只要在電氣化區(qū)段，均可由電力機(jī)車進(jìn)行直供電，再通過在客車加裝不間斷電源裝置改造，不再使用柴油發(fā)電機(jī)供電，將產(chǎn)生巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，具有廣闊的市場空間。

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作者簡介

趙祎（1969-），男，遼寧省沈陽市人?，F(xiàn)為沈陽鐵路安全監(jiān)管辦機(jī)車車輛驗(yàn)收室主任驗(yàn)收員。主要研究方向?yàn)闄C(jī)車車輛技術(shù)升級與改進(jìn)。

作者單位

沈陽鐵路安全監(jiān)管辦機(jī)車車輛驗(yàn)收室 遼寧省沈陽市 110000