CA25B 型餐車3種電源供電裝置并存設(shè)計(jì)的改進(jìn)

唐明昌

（南寧鐵路局柳州機(jī)車車輛廠，工程師，廣西 柳州 545007）

為滿足CA25B餐車既可編入集中又可編入非集中供電列車的需要，后期設(shè)計(jì)制造的CA25B型餐車的供電方式有3種，分別為集中式供電、柴油發(fā)電機(jī)組供電和軸驅(qū)式供電方式。由于現(xiàn)有3種電源供電裝置的并存設(shè)計(jì)中，交流供電系統(tǒng)和直流供電系統(tǒng)相互獨(dú)立，從而導(dǎo)致直流用電設(shè)備必須采用軸驅(qū)式供電，限制了餐車直流負(fù)載用電的選擇范圍。為擴(kuò)大餐車3種電源供電裝置并存時(shí)直流負(fù)載用電的選擇范圍，對(duì)CA25B型餐車3種電源供電裝置并存時(shí)的直流供電提出了一種改進(jìn)的設(shè)計(jì)方案。

1 原設(shè)計(jì)方案分析

原設(shè)計(jì)供電方式有3種，分別為集中式供電方式、柴油發(fā)電機(jī)組供電方式和軸驅(qū)式供電方式。集中式供電方式和柴油發(fā)電機(jī)組供電方式均提供AC380 V三相交流電源給空調(diào)機(jī)組等交流負(fù)載，軸驅(qū)式供電方式提供DC48 V直流電源給照明等直流負(fù)載。CA25B餐車原設(shè)計(jì)供電原理結(jié)構(gòu)方框圖，如圖1所示。

圖1中，上部虛線框內(nèi)為AC380 V三相交流供電部分，下部虛線框內(nèi)為DC48 V直流供電部分，上部虛線框與下部虛線框之間沒(méi)有電路聯(lián)系。

1.1集中供電集中供電裝置包括發(fā)電車、車端電力連接器及車體配線。通過(guò)柴油發(fā)電機(jī)組控制柜內(nèi)電源轉(zhuǎn)換的控制，發(fā)電車提供的Ⅰ路和Ⅱ路AC380 V三相交流電通過(guò)車端電力連接器及車體配線，為餐車上的空調(diào)機(jī)組等交流用電設(shè)備供電。

圖1 原設(shè)計(jì)供電原理結(jié)構(gòu)方框圖

1.2 柴油發(fā)電機(jī)組供電柴油發(fā)電機(jī)組供電裝置包括柴油發(fā)電機(jī)組及其控制柜。通過(guò)控制柜的控制，柴油發(fā)電機(jī)組發(fā)出AC380 V三相交流電，為餐車上的空調(diào)機(jī)組等交流用電設(shè)備供電。

1.3 軸驅(qū)式供電軸驅(qū)式供電裝置包括5 kW軸端發(fā)電機(jī)、5 kW整流充電柜、KP-2A控制箱。餐車運(yùn)行時(shí)，通過(guò)KP-2A控制箱的控制，由5 kW軸端發(fā)電機(jī)發(fā)出AC44 V三相交流電經(jīng)5 kW整流充電柜整流，給全車直流用電器提供DC48 V電源并對(duì)蓄電池充電；餐車停止運(yùn)行時(shí)，由蓄電池為全車直流用電器提供電源。

1.4 原設(shè)計(jì)缺陷交直流供電系統(tǒng)相互獨(dú)立是原設(shè)計(jì)方案中的固有缺陷。圖1中，集中式供電方式及柴油發(fā)電機(jī)組供電方式均比軸驅(qū)式供電方式方便可靠。但由于交流供電系統(tǒng)和直流供電系統(tǒng)相互獨(dú)立，照明燈具等直流用電設(shè)備的用電，只能采用軸驅(qū)式供電方式，而不能采用集中式供電或柴油發(fā)電機(jī)組供電方式。這種直流供電設(shè)計(jì)方案既限制了AC380 V三相交流電源的應(yīng)用范圍，又限制了DC48 V直流負(fù)載用電的選擇范圍。

2 改進(jìn)方案

改進(jìn)方案的總體設(shè)計(jì)思路是，利用集中供電裝置和柴油發(fā)電機(jī)組供電裝置供電可靠性較高的優(yōu)勢(shì)，新增一個(gè)可以利用原車上AC380 V三相交流電源的直流供電電源，并在直流供電方式上進(jìn)行改進(jìn)，優(yōu)先使用新增直流電源，而將軸驅(qū)式供電電源作為后備電源使用。

2.1 新增直流電源新增的直流電源包括6 kW整流充電柜及與之配套的6 kW整流充電控制柜。新增直流電源后的供電原理結(jié)構(gòu)方框圖，如圖2所示。

圖2 新增直流電源后供電原理結(jié)構(gòu)方框圖

圖2中，上部虛線框內(nèi)為原有的交流供電部分，下部虛線框內(nèi)為新增直流電源裝置后的直流供電部分。上部虛線框與下部虛線框之間通過(guò)新增的6 kW整流充電控制柜聯(lián)系。

2.1.1 6 kW整流充電柜 6 kW整流充電柜輸入為車上AC380 V三相交流電源，輸出為DC48 V直流電源，功能上完全可以代替軸驅(qū)式供電電源裝置。

2.1.2 6 kW整流充電控制柜 增加一個(gè)6 kW整流充電控制柜，以對(duì)新增6 kW整流充電柜進(jìn)行輸入輸出電源的控制，并保證2套直流供電電源的協(xié)調(diào)運(yùn)行。為減少對(duì)原設(shè)計(jì)的改動(dòng)，將所有輔助電路也設(shè)計(jì)在新增6 kW整流充電控制柜內(nèi)。

2.2 直流供電改進(jìn)為達(dá)到優(yōu)先使用新增直流電源，并將軸驅(qū)式供電電源作為后備電源使用的設(shè)計(jì)要求，必須實(shí)現(xiàn)2套直流供電電源的統(tǒng)一輸出、電源選擇、工作互鎖3項(xiàng)功能。為此而設(shè)計(jì)的6 kW整流充電控制柜電氣原理圖，如圖3所示。

圖3 新增6 kW整流充電控制柜電氣原理圖

圖3中，虛線框內(nèi)為6 kW整流充電控制柜電氣原理圖，虛線框外表示了6 kW整流充電控制柜與外部設(shè)備的電氣關(guān)系。

2.2.1 實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一輸出 將新增直流電源的外部特性設(shè)計(jì)成與原有的軸驅(qū)式供電裝置相同，既可以提供直流電源又可以給蓄電池充電。不同之處在于5 kW整流充電柜需通過(guò)KP-2A控制箱的控制，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池的恒流限壓充電。而6 kW整流充電柜設(shè)計(jì)時(shí)就帶有對(duì)蓄電池的恒流限壓充電功能，可以單獨(dú)工作。為實(shí)現(xiàn)2套功能相似的直流電源的輸出統(tǒng)一，將6 kW整流充電柜輸出端D6+與D+直接連接，5kW整流充電柜輸出端D5+通過(guò)KM2常閉主觸頭與D+連接，如圖3所示。

2.2.2 直流電源選擇 圖3中，轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SA1有3個(gè)檔位，分別為外機(jī)充電位（6 kW整流充電柜工作）、本機(jī)充電位（5 kW整流充電柜工作）及零位。在有交流電源的情況下，手動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SA1置于外機(jī)充電位，優(yōu)先選擇6 kW整流充電柜為全車提供直流電源并為蓄電池充電；在無(wú)交流電源的情況下，手動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SA1置于本機(jī)充電位，選擇原有的軸驅(qū)式供電方式。

2.2.3 直流電源互鎖 由于6 kW整流充電柜與5 kW整流充電柜2套裝置采用并聯(lián)設(shè)計(jì)，都可以給全車直流用電器提供電源及給蓄電池充電。因此，必須保證6 kW整流充電柜與5 kW整流充電柜工作的互鎖，即當(dāng)6 kW整流充電柜工作時(shí)，鎖定5 kW軸端發(fā)電機(jī)，使它不能發(fā)電及5 kW整流充電柜不能輸出；當(dāng)5 kW整流充電柜工作時(shí)，鎖定6 kW整流充電柜，使其不能得電工作。

3 試驗(yàn)情況

為驗(yàn)證改造方案的各項(xiàng)設(shè)計(jì)功能，在客車進(jìn)行通電試驗(yàn)時(shí)，必須試驗(yàn)3種供電工況下2套整流充電電源的工作情況。

3.1 供電試驗(yàn)工況

3.1.1 集中供電 當(dāng)發(fā)電車集中供電時(shí)，餐車優(yōu)先選擇集中供電工況。此時(shí)，如圖2中，通過(guò)柴油發(fā)電機(jī)組控制柜的選擇，車上的交流用電設(shè)備選用I路電源（或Ⅱ路電源）供電，柴油發(fā)電機(jī)組停止工作；在圖3中，6 kW整流充電控制箱選擇交流供電，6 kW整流充電柜為車上直流電器供電并對(duì)蓄電池充電。在此工況下，軸驅(qū)式供電裝置中的5 kW軸端發(fā)電機(jī)未發(fā)電，5 kW整流充電柜的輸出已斷開(kāi)。

3.1.2 柴油發(fā)電機(jī)組供電 當(dāng)餐車工作在柴油發(fā)電機(jī)組供電工況時(shí)，如圖2中，通過(guò)柴油發(fā)電機(jī)組控制柜的選擇，車上的交流用電設(shè)備通過(guò)柴油發(fā)電機(jī)組供電；在圖3中，6 kW整流充電控制箱選擇交流供電，6 kW整流充電柜為車上直流電器供電并對(duì)蓄電池充電。在此工況下，軸驅(qū)式供電裝置中的5 kW軸端發(fā)電機(jī)未發(fā)電，5 kW整流充電柜的輸出已斷開(kāi)。

3.1.3 軸驅(qū)式供電 當(dāng)餐車工作在軸驅(qū)式供電工況時(shí)，如圖2中，空調(diào)機(jī)組等交流用電設(shè)備停止工作；在圖3中，因無(wú)交流電源6 kW整流充電柜停止工作。在此工況下，在餐車運(yùn)行時(shí)，軸驅(qū)式供電裝置中的5 kW軸端發(fā)電機(jī)正常發(fā)電，5 kW整流充電柜正常輸出。

3.2 直流電源試驗(yàn)工況

3.2.1 6 kW整流充電柜 當(dāng)有交流電源時(shí)，試驗(yàn)人員優(yōu)先選用6 kW整流充電柜工作。此時(shí)，在圖3中，閉合空氣開(kāi)關(guān)Q1，轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SA1選擇外機(jī)充電檔位后，5 kW整流充電柜工作指示燈HL2滅，6 kW整流充電柜工作指示燈HL1亮，交流接觸器KM1動(dòng)作，KM1常開(kāi)主觸頭閉合，6 kW整流充電柜得電工作；常開(kāi)輔助觸頭KM1-1閉合，直流接觸器KM2線圈得電動(dòng)作，常閉主觸頭KM2斷開(kāi)，5 kW整流充電柜輸出斷開(kāi)；常閉輔助觸頭KM1-2斷開(kāi)，5 kW軸端發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁回路J1J3斷開(kāi)，5 kW軸端發(fā)電機(jī)未發(fā)電。

3.2.2 5 kW整流充電柜 當(dāng)無(wú)交流電源時(shí)，試驗(yàn)人員選用原有的軸驅(qū)式供電方式，即5 kW整流充電柜工作。此時(shí)，在圖3中，斷開(kāi)空氣開(kāi)關(guān)Q1，轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SA1選擇本機(jī)充電檔位后，5 kW整流充電柜工作指示燈HL2亮，6 kW整流充電柜工作指示燈HL1滅，交流接觸器KM1未動(dòng)作，KM1常開(kāi)主觸頭斷開(kāi)，6 kW整流充電柜停止工作；常閉輔助觸頭KM1-2閉合，5 kW軸端發(fā)電機(jī)正常發(fā)電，常開(kāi)輔助觸頭KM1-1斷開(kāi)，直流接觸器KM2未動(dòng)作，常閉主觸頭KM2閉合，5 kW整流充電柜正常輸出。

4 結(jié)束語(yǔ)

該改進(jìn)方案通過(guò)新增直流電源，建立了交流供電系統(tǒng)和直流供電系統(tǒng)之間的聯(lián)系，彌補(bǔ)了交直流供電系統(tǒng)相互獨(dú)立的設(shè)計(jì)缺陷。通過(guò)對(duì)新增直流電源的利用，實(shí)現(xiàn)了采用AC380 V三相交流電源，給全車DC48 V直流電器供電及對(duì)蓄電池充電的目的，擴(kuò)大了直流負(fù)載用電的選擇范圍。該方案保留了原有的供電系統(tǒng)配置，基本不改變?cè)嚱Y(jié)構(gòu)和配線布置，改造及維護(hù)方便，使用簡(jiǎn)單。按該方案改造后的CA25B型餐車，通過(guò)2年的使用，供電正確可靠，未出現(xiàn)任何故障，改進(jìn)效果完全達(dá)到了預(yù)期要求。