一種軌道交通雙源制工程車輛后備牽引電源系統(tǒng)電路及車輛

王秀玲

摘要：介紹一種基于軌道交通雙源制工程車輛（以下簡稱工程車）后備牽引電源系統(tǒng)電路及后備電源車輛（以下簡稱供電車），針對軌道交通工程維護車的常常出現(xiàn)的受電弓或受流器故障、或牽引蓄電池電量不足時，導(dǎo)致工程車無法正常牽引、救援情況下，設(shè)計一種工程車的后備牽引電源系統(tǒng)電路及后備電源車輛，為因電源故障而無法運行的工程車提供牽引電源;同時解決傳統(tǒng)牽引蓄電池長續(xù)航不足的問題。

關(guān)鍵詞：后備電源;牽引電源;系統(tǒng)電路;工程車;供電車

1? 概述

目前國內(nèi)外軌道交通領(lǐng)域，綠色、環(huán)保、節(jié)能的軌道交通雙源制工程維護車輛逐漸代替內(nèi)燃調(diào)車機車，成為機車機務(wù)段、地鐵車輛段等主要的調(diào)車機車;工程車一般采用接觸網(wǎng)/第三軌和鉛酸牽引蓄電池雙能源供電;工程車上安裝的牽引蓄電池受車輛重量限制，只能固定安裝一定數(shù)量的牽引蓄電池，牽引蓄電池作為儲能設(shè)備，在地鐵線路上進(jìn)行救援時，常常出現(xiàn)牽引蓄電池電量不足，導(dǎo)致工程車不能使用;抑或當(dāng)工程車受流裝置（受電弓或受流器）出現(xiàn)故障時，導(dǎo)致工程車無法牽引，給地鐵線路造成極大的困難。

設(shè)計一種基于軌道交通工程車維護車的后備牽引電源系統(tǒng)電路及后備電源車輛，可在工程車受流裝置故障或牽引蓄電池電量不足導(dǎo)致工程車無法運行時，方便、快捷為工程車提供牽引電源，滿足軌道交通地鐵線路足夠續(xù)航里程要求下的能量需求。用于電氣化及非電氣化鐵路、站場等完成調(diào)車、小運轉(zhuǎn)的牽引，實現(xiàn)零排放的綠色調(diào)車作業(yè)。

2? 供電車特征及參數(shù)

2.1 供電車特征

供電車本身無牽引力，采用單端司機室布置方式，可通過與工程車車輛，實現(xiàn)在后備電源車輛上的牽引/制動。同時后備電源車具有以下特征：

①具備電網(wǎng)電源：一種軌道交通裝備工程維護車的后備牽引電源及車輛上設(shè)置有受流裝置（受電弓或受流器）以及電網(wǎng)保護裝置，為車輛提供電網(wǎng)電源;

②具備牽引蓄電池電源：一種軌道交通裝備工程維護車的后備牽引電源及車輛上同時設(shè)置有牽引蓄電池組及蓄電池組充電及供電電路，為車輛提供牽引蓄電池電源;

③具備工程車后備牽引電源：一種軌道交通裝備工程維護車的后備牽引電源及車輛可以為其它工程車提供后備牽引電源（電網(wǎng)電源或牽引蓄電池電源），實現(xiàn)因電源故障無法啟動的工程車牽引、救援等;

④多種電源制式充電功能：一種軌道交通裝備工程維護車的后備牽引電源及車輛上的牽引蓄電池，通過受電弓、受流器、庫內(nèi)DC1500V電源、庫內(nèi)3AC380V電源或柴油發(fā)電機組等多種電源制式為牽引蓄電池充電，保證后備牽引電源車輛上牽引蓄電池充電的方便性、快捷性、充足性。

2.2 供電車主要參數(shù)

主要技術(shù)參數(shù)見表1。

2.3 供電車設(shè)備布置

供電車設(shè)備布置采用單端司機室，中央內(nèi)走廊的結(jié)構(gòu)形式。側(cè)墻上設(shè)置檢修門，以方便設(shè)備檢修。整車設(shè)備布置分為車頂設(shè)備布置、司機室設(shè)備布置、機械間設(shè)備布置、車下設(shè)備布置，如圖1所示。

供電車上設(shè)備主要包含以下設(shè)備。

①車頂設(shè)備：在機車頂蓋上相應(yīng)布置有受電弓、避雷器、空調(diào)、蓄電池車頂通風(fēng)機等;同時在車頂設(shè)置登車門，方便車頂檢修;

②機械間設(shè)備：在機械間下層布置16箱牽引蓄電池箱（8箱串聯(lián)后并聯(lián)）和柴油發(fā)電機組，機械間下層布置有輔助變流器+牽引蓄電池充電機、斬波電抗器、控制蓄電池充電機+控制蓄電池、低壓柜以及輔助壓縮機系統(tǒng)，機械間側(cè)墻設(shè)置檢修門，方面檢修時使用叉車將牽引蓄電池箱吊到車下;

③底架設(shè)備：底架區(qū)域主要布置轉(zhuǎn)向架、高壓柜、高速斷路器、受流器、庫內(nèi)充電插座，以及柴油機燃油箱;

④車端設(shè)備：車端主要布置輔助設(shè)備，前照燈、標(biāo)志燈/輻照燈、車鉤、控制重聯(lián)插座、牽引重聯(lián)插座、制動重聯(lián)風(fēng)管等。

3? 后備電源系統(tǒng)電路

3.1 后備電源系統(tǒng)電路

后備電源系統(tǒng)電路如圖2所示。

系統(tǒng)電路主要包括：

序號1：受流裝置（受電弓或受流器）

序號2：電網(wǎng)電路保護裝置

序號3：輔助變流器+牽引蓄電池充電機

序號1-1：牽引蓄電池組1

序號1-2：牽引蓄電池組1充電及供電電路

序號1-2.1：供電二極管、供電接觸器

序號1-2.2：充電二極管、充電接觸器

......

序號n-1：牽引蓄電池組n

序號n-2：牽引蓄電池組n充電及供電電路

如圖2所示，系統(tǒng)電路中可以根據(jù)實際牽引工況設(shè)置n組牽引蓄電池組進(jìn)行并聯(lián)，本文僅以n=2進(jìn)行闡述，通過牽引外重聯(lián)電纜，供電車可以為工程車提供電網(wǎng)牽引電源或蓄電池牽引電源，其示意圖見圖3。

3.2 后備電源系統(tǒng)電路功能

后備電源系統(tǒng)電路及車輛，具有如下功能：

①備牽引電源系統(tǒng)電路及車輛為重聯(lián)工程車提供電網(wǎng)牽引電源。

當(dāng)工程車上受電弓或受流器因故障無法升起時，通過升起后備牽引電源車輛上受電弓或受流器， 受流裝置（1）→ 電網(wǎng)保護電路（2）→ 電網(wǎng)外重聯(lián)電纜 → 向重聯(lián)工程車提前牽引電源，實現(xiàn)故障工程車的正常牽引、救援等。

同時通過后備牽引電源車輛上的受電弓或受流器，可以為后備牽引電源車輛上的牽引蓄電池進(jìn)行充電，充滿電后，根據(jù)電池本身特性設(shè)置自動轉(zhuǎn)入浮充階段。

②后備牽引電源系統(tǒng)電路及車輛為重聯(lián)工程車提供蓄電池牽引電源。

當(dāng)電網(wǎng)無電或工程車上的牽引蓄電池電量不足導(dǎo)致工程車無法牽引時，通過啟動備電源系統(tǒng)電路及車輛上的牽引蓄電池，牽引蓄電池組1（1-1）→ 電池組1供電電路（1-2.1）→ 電池外重練電纜 → 向重聯(lián)工程車提前蓄電池牽引電源，實現(xiàn)故障工程車的正常牽引、救援等。

其中牽引蓄電池組供電電路中的供電二極管的作用：1）是防止電網(wǎng)電源不經(jīng)過牽引蓄電池充電機直接向蓄電池組充電，導(dǎo)致牽引蓄電池過充等;2）是避免多組蓄電池組電壓不同，造成蓄電池組之間串電。

③后備牽引電源系統(tǒng)電路及車輛為牽引蓄電池投入控制電路。

考慮到不同續(xù)航里程能量要求，設(shè)計一種蓄電池組投入顯示、選擇界面，根據(jù)具體續(xù)航里程要求下的能量需求，觸屏選擇啟動1組牽引蓄電池組或同時啟動多組牽引蓄電池組。

將n組牽引蓄電池組的剩余電量SOC值分別顯示蓄電池投入顯示屏界面上，可通過觸屏模式選擇投入牽引供電的蓄電池組，可選擇1組或多組牽引蓄電池;當(dāng)被選擇投入牽引供電的蓄電池組剩余電量過低，則牽引封鎖，供電接觸器自動停止該蓄電池的牽引供電;同時自動切換到鄰近蓄電池組進(jìn)行牽引供電。

④后備牽引電源系統(tǒng)電路及車輛上牽引蓄電池的充電功能。

根據(jù)需求，后備牽引電源系統(tǒng)電路及車輛上的牽引蓄電池可通過接觸網(wǎng)電源或受流器電源、DC1500V庫內(nèi)電源或3AC380V庫內(nèi)電源，或柴油機發(fā)電機組多種電源制式為其充電，以保證供電車上的牽引蓄電池充電方便性、充足性。

⑤供電車上設(shè)置操縱臺，實現(xiàn)供電車為一臺或兩臺工程車供電及對工程車進(jìn)行操縱的互聯(lián)互通功能。

4? 結(jié)語

中國城市軌道交通快速發(fā)展，已獲批的軌道交通建設(shè)規(guī)劃的城市已達(dá)36個。城市軌道交通的建設(shè)不僅意味著在承載運輸任務(wù)的地鐵車輛的大量購置，對用于地鐵線路的日常維護、線路檢測、車輛救援等等所需的蓄電力池電力工程車的續(xù)航能力也有更高的需求。

一種軌道交通后備牽引電源系統(tǒng)電路及車輛在設(shè)計過程中攻關(guān)了車組間的供電電路和供電車上多種充電電源之間的邏輯控制，全面提升了工程車組的續(xù)航能力，提升工程車產(chǎn)品的技術(shù)性能、可靠性、可維護性等方面具有重要地位，從子系統(tǒng)到系統(tǒng)集成平臺所取得的技術(shù)成果可以實現(xiàn)在地鐵工程維護車產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的突破，實現(xiàn)新平臺下產(chǎn)品的創(chuàng)新突破。

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