標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車(chē)組輔助供電系統(tǒng)淺析

劉劍 韓東寧 劉利國(guó) 于明遠(yuǎn)

摘要：本文分別通過(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車(chē)組輔助系統(tǒng)的工作原理及基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹，為路局司機(jī)和地面維護(hù)人員提供理論參考，對(duì)車(chē)輛有一個(gè)直觀的了解和認(rèn)識(shí)。

關(guān)鍵詞：標(biāo)準(zhǔn)化動(dòng)車(chē)組;輔助系統(tǒng);輔助變流器;充電機(jī);蓄電池;

0 引言

標(biāo)準(zhǔn)化動(dòng)車(chē)組在出廠前雖然狀態(tài)良好，但在實(shí)際運(yùn)用中還是免不了出現(xiàn)一些問(wèn)題。尤其輔助系統(tǒng)是否能夠正常工作，對(duì)于車(chē)輛的正常運(yùn)營(yíng)非常關(guān)鍵，如果想在日常的運(yùn)用維護(hù)中認(rèn)真解決輔助系統(tǒng)故障、預(yù)防輔助系統(tǒng)可能出現(xiàn)的各類(lèi)問(wèn)題，那么就必須對(duì)輔助系統(tǒng)在車(chē)輛上的結(jié)構(gòu)及工作原理有一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)。

一、系統(tǒng)概述

輔助供電系統(tǒng)采用輔助變流器輸出端全列串聯(lián)形成全列貫通線為車(chē)上中壓輔助供電的方式，輔助變流器電源由牽引變流器的中間直流環(huán)節(jié)提供。輔助變流器將來(lái)自牽引變流器中間直流電轉(zhuǎn)換成三相交流電為輔助系統(tǒng)供電。在動(dòng)車(chē)組過(guò)分相區(qū)時(shí)且速度大于 70km/h 的情況下?tīng)恳姍C(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)通過(guò)牽引變流器中間電路將牽引電機(jī)發(fā)出的電供給輔助系使輔助系統(tǒng)始終有三相交流電的輸出，保證車(chē)輛在過(guò)分相區(qū)時(shí)車(chē)輛上一直有中壓電，避免中壓負(fù)載比如空調(diào)系統(tǒng)的反復(fù)啟動(dòng)，提高旅客乘車(chē)的舒適性。動(dòng)車(chē)組在無(wú)火回送且車(chē)輛速度大于或等于70km/h的情況下，輔助系統(tǒng)仍然也能夠向中壓負(fù)載系統(tǒng)供電，車(chē)輛速度速度低于 50km/h 時(shí)牽引電機(jī)退出發(fā)電模式。輔助供電低壓系統(tǒng)電源由3AC380V/50Hz供電全列貫通線提供，通過(guò)充電機(jī)將三相交流電轉(zhuǎn)換為DC110V電，實(shí)現(xiàn)貫通線全列供電，為蓄電池組充電，同時(shí)也為低壓直流設(shè)備提供電源。

二、系統(tǒng)組成

輔助供電系統(tǒng)由輔助變流器、充電機(jī)和蓄電池、應(yīng)急逆變器等組成。

輔助變流器通過(guò)供電母線向整列動(dòng)車(chē)組輸出同相位 3AC380V 50Hz 電源，供電母線貫穿整列車(chē)。8 輛編組的動(dòng)車(chē)組設(shè) 4 臺(tái)輔助變流器，分別設(shè)在 TC01、TC08 車(chē)、TP03、TP06 車(chē)上，正常情況下，所有的輔助變流器同時(shí)向母線輸出同相3AC380V 50Hz電源，實(shí)現(xiàn)全列供電。車(chē)輛無(wú)高壓的情況下地面三相交流AC380V/50Hz 電源也可以為車(chē)上中壓負(fù)載供電。動(dòng)車(chē)組中壓電源由外部電源插頭供電時(shí)，必須將車(chē)上外部供電開(kāi)關(guān)打致外部供電位，通過(guò)低壓控制電路保證受電弓無(wú)法升弓。輔助變流器、充電機(jī)和蓄電池故障事件可通過(guò) MVB 或以太網(wǎng)總線傳送到 CCU中央控制單元，并顯示在司機(jī)臺(tái)監(jiān)控屏上，提示司機(jī)或調(diào)試人員。每個(gè)設(shè)備控制單元可以通過(guò)本地的 RS232 端口讀取本身的故障數(shù)據(jù)。動(dòng)車(chē)組在 TC01、TC08 車(chē)分別配置了兩臺(tái)充電機(jī)和兩組蓄電池組，充電機(jī)通過(guò) 3AC380V/50Hz全列貫通線獲得電源，經(jīng)充電機(jī)內(nèi)部交流變直流的整流后為蓄電池和DC110V系統(tǒng)負(fù)載供電。DC110V母線貫穿整列動(dòng)車(chē)組。在每節(jié)車(chē)上設(shè)有一臺(tái)逆變器，由 DC110V 系統(tǒng)供電逆變輸出 AC220V 50Hz 電源提供給旅客插座，該電源僅供單節(jié)車(chē)使用，不貫穿整列車(chē)。每車(chē)設(shè)一臺(tái)AC220V/50Hz變壓器，供單車(chē)低功率加熱設(shè)備使用。

1、輔助變流器組成

輔助變流器箱體安裝在 TC01、TP03、TP06、TC08 車(chē)底架中部裙板內(nèi)部。輔助變流器箱內(nèi)設(shè)有大功率 IGBT，開(kāi)關(guān)裝置，保險(xiǎn)絲，控制部件、感應(yīng)元件、冷卻系統(tǒng)部件以及冷卻系統(tǒng)部件，輔助變流器采用強(qiáng)迫風(fēng)冷、脈寬調(diào)制（PWMI）原理。輸入端與牽引變流器中間環(huán)節(jié)連接。輔助變流器由 ACU 控制器，脈寬調(diào)制逆變器的控制系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行控制和診斷，裝置配備 RS232 接口、以太網(wǎng)服務(wù)接口以及 MVB 總線接口。

1.1輔助變流器的外接電源插座

在 TP03、TP06 ?車(chē)輔助變流器上各設(shè)一個(gè)為三相AC380V/50Hz 母線供電的外接電源插座。當(dāng)外接電源供電時(shí)，其輸出僅限于在 TP03、TP06 車(chē)輔助變流器的外接電插中的一個(gè)，此時(shí)受電弓不能升起，與列車(chē)高壓電源隔離。外接電源為以下負(fù)載提供電源：充電機(jī)、采暖和空調(diào)系統(tǒng)、其它 AC380V 負(fù)載。插座最大容量為 300A。外接電源插頭采用車(chē)站及車(chē)輛段具有的成熟產(chǎn)品。

2.充電機(jī)

2.1充電機(jī)組成

充電機(jī)主要由兩個(gè)功率模塊 PM1、PM2 組成，充電機(jī)的兩個(gè)功率模塊分別給一組蓄電池充電，同時(shí)為全列車(chē)上DC110V低壓負(fù)載供電。輔助變流器輸出的三相交流電作為充電機(jī)動(dòng)力電源，在每個(gè)功率模塊內(nèi)部經(jīng)過(guò)不控整流、直流濾波得到直流電，再經(jīng)過(guò)移相全橋 DC/DC 變換輸出可控的 DC110V 直流電。功率模塊檢測(cè)到輸入三相交流電符合充電機(jī)啟動(dòng)條件后，閉合預(yù)充電接觸器，當(dāng)直流支撐電容電壓達(dá)到預(yù)定電壓值時(shí)閉合主接觸器，后級(jí)移相全橋 DC/DC 變換電路開(kāi)始工作，直流電經(jīng)過(guò)全橋逆變變?yōu)榻涣麟?，通過(guò)變壓器傳遞到變壓器副邊，副邊交流電經(jīng)過(guò)全波整流后變?yōu)槊}動(dòng)的直流電，在經(jīng)過(guò) LC 濾波輸出穩(wěn)定的直流電壓，充電機(jī)采用強(qiáng)迫風(fēng)冷，每個(gè)功率模塊設(shè)有一個(gè)永久的接地故障檢測(cè)裝置。

3.蓄電池

3.1蓄電池原理

針對(duì)中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化動(dòng)車(chē)組 DC110V 需電池供電系統(tǒng)，設(shè)計(jì)一套鋰離子電池系統(tǒng)，在保證系統(tǒng)應(yīng)急供電功能的基礎(chǔ)上，解決蓄電池組的輕量化、無(wú)污染、長(zhǎng)壽命等多方面問(wèn)題。列車(chē)電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用冗余設(shè)計(jì)方式，安裝在 TC01、TC08 車(chē)車(chē)下裙板內(nèi)，與充電機(jī)輸出連接，向全車(chē) DC110V 應(yīng)急負(fù)載供電。按照 8 輛編組的動(dòng)車(chē)組計(jì)算，每列車(chē)共 4 組蓄電池，電池組額定電壓為 DC110V。針對(duì)整車(chē)對(duì)電池系統(tǒng)的需求，設(shè)計(jì)鋰離子電池系統(tǒng)，包括電池組、電池管理系統(tǒng)以及電池保護(hù)接觸器，與鎳鎘蓄電池組相比，鋰離子電池系統(tǒng)增加了電池管理系統(tǒng)（BMS）、極限保護(hù)接觸器以及 RS485 通訊總線，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)電池組的數(shù)據(jù)監(jiān)控以及嚴(yán)重過(guò)充過(guò)放電條件下的保護(hù)，在保證系統(tǒng)供電的同時(shí)確保電池的安全使用。

三、結(jié)論

輔助系統(tǒng)主要為車(chē)輛提供DC110V直流電和AC220V/AC380V交流電，只有輔助系統(tǒng)能夠正常工作，車(chē)輛的控制系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)、車(chē)輛冷卻系統(tǒng)以及娛樂(lè)設(shè)備等用電設(shè)備才能正常工作。所以為了保障輔助系統(tǒng)正常工作，在日常的運(yùn)用維護(hù)中如果想提前預(yù)防輔助系統(tǒng)可能出現(xiàn)的各類(lèi)問(wèn)題以及出現(xiàn)輔助系統(tǒng)故障后快速的解決，那么就必須對(duì)輔助系統(tǒng)在車(chē)輛上的結(jié)構(gòu)及工作原理有一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)。只有這樣才能防患于未然。

（作者單位：長(zhǎng)春軌道客車(chē)股份有限公司）