AC 380V列車供電系統

楊 濤

（沈陽鐵路局，沈陽 110000）

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AC 380V列車供電系統

楊 濤

（沈陽鐵路局，沈陽 110000）

簡要介紹了列車供電系統的發展過程，重點闡述了采用變流器供電方式的AC 380V列車供電系統，介紹了其結構和特點，與空調發電車供電方式進行了比較，并對客運AC 380V列車供電系統的發展闡明了觀點。

列車供電系統；客運列車；AC 380V列車供電系統

客運列車供電系統［1］是為鐵路旅客列車上各種電器提供電源的系統設備。目前鐵路上主流的25型空調列車供電系統主要存在兩種供電制式，一種為三相交流 380V/50Hz，基本采用空調發電車或者內燃機車集中供電，一種為DC 600V，主要由客運電力機車集中供電［2］。前者是在20世紀 80年代中后期我國鐵路列車開始大規模應用空調設備時，根據當時的技術水平和使用條件而制定的，而后者是在靜止變流器供電方式成熟的基礎上，1998年開始成功應用在 K79/80次快速列車上，2004年鐵路第五次大提速以后開始批量應用。

基于部分直達列車和快速列車采用了電力機車向列車進行DC 600V供電［3］的技術后，產生了很好的經濟效益和社會效益。但受制于當時的變流技術水平，電力機車仍然無法直接向AC 380V供電列車進行供電，而這些列車由于存量、線路等原因，目前的保有量仍然非常大，以沈陽鐵路局為例，初步調查數量為1900輛左右，約占全局列車的40%。

1 既有AC 380V列車供電系統

既有AC 380V列車供電系統主要由AC 380V供電電源裝置、電力連接器、供電母線、客車電氣綜合控制柜、應急供電系統等組成。

現有的客運AC 380V列車供電系統絕大部分都依靠空調發電車提供電源，其系統如圖1所示。

圖1　現有AC 380V列車供電系統示意圖

1.1空調發電車

25G型（快速K）、25K型（特快T）AC 380V供電列車的目前主要是通過加掛一節空調發電車來解決。發電車一般裝有3×300kW進口康明斯柴油發電機組（或MTU柴油發電機組），每臺機組可單獨運行，亦可并車運行。

供電制式為交流三相四線制，380V/50Hz，可從發電車任一端與列車連掛，并分兩路供電母線通過設于車每端的4個電力連接器供電。

1.2內燃機車

25T型（直達特快 Z）列車的供電由于運行速度較快，目前只能通過數量極少的DF11G型內燃機車來實現牽引和供電。DF11G型內燃機車裝有德國進口的MTU12V183TB12G型供電用輔助柴油機及LSA47.1L11-4P型發電機，供電制式與空調發電車一致，最大供電功率為2×400kW。

通過柴油機燃燒柴油轉化成機械能帶動發電機運轉產生電能，為空調列車提供電源，其能耗也是非常高的。以武昌客車車輛段武昌-上海的 K121/2次列車為例，該車次每組18節車廂，包含硬座、硬臥等車型，2004年全年實際消耗燃油482t，費用高達兩三百萬元，再加上人工、維修等成本，每年的運行開支相當驚人［4］。除此之外，空調發電車或內燃機車因為燃油泄露還存在著一定的火災隱患［5］。

2 新型AC 380V列車供電系統

隨著電氣化鐵路逐步擴展和電力機車變流技術的重大進步，已有的AC 380V列車仍然依靠大功率柴油發電機組供電已不能滿足形勢發展的需要，而存量的AC 380V列車升級為DC 600V列車需要加裝三相逆變器、單相逆變器、充電機、客車電氣控制柜等設備，投資大、周期長。

而在電力機車上按照列車負載特點定制開發一套新型AC 380V列車供電裝置，可直接向列車提供三相交流 380V供電電源，再加上列車的適應性改造，具備投資少、見效快、無污染、維修成本低等優點。

新型客運AC 380V列車供電系統如圖2所示。

圖2　新型AC 380V列車供電系統示意圖

2.1電力機車列車供電裝置

配置有AC 380V列車供電裝置的電力機車，除完成牽引任務外，還負責AC 380V列車的供電。

列車供電裝置設有兩路三相逆變電源，兩路之間電氣上相互獨立，其輸出分別各與一路AC 380V供電母線連接。兩路逆變電源正常時保證全列車所有負載的正常應用，當一路電源發生故障時，全列車減載運行，由另外一路電源負責對全列車供電。

AC 380V列車供電裝置主要技術參數如下：

額定輸入電壓：單相AC860V/50Hz；

額定輸出電壓：三相四線制3AC 380V/50Hz；

額定輸出功率：2×400kW。

與柴油發電機組提供電源的途徑不同，電力機車AC 380V列車供電裝置完全從電網取電，并通過交-直-交等電力電子技術完成電源轉換，保持了輸出供電制式不變，充分滿足了列車用電需求。

2.2供電母線及電力連接器

由于供電制式和最大供電功率保持不變，新型AC 380V列車供電系統的列車供電母線和電力連接器仍可與既有AC 380V列車供電系統保持兼容，即兩路獨立供電電源通過車每端四個電力連接器（型號：DL4AC500/425）貫通，將電力機車和AC 380V列車形成統一的列車電網。

全列車設有兩路完全獨立的 AC 380V供電母線，U相、V相和W相仍然采用2×120mm2客車電纜，N相仍然采用2×50mm2客車電纜。

2.3客車不間斷電源裝置

絕大部分AC 380V列車的照明及控制電源均為AC 380V/220V，因此新型AC 380V列車供電系統需要在客車上加裝不間斷電源裝置。該裝置基于在線式UPS的理念進行設計，其最顯著的特點是實現了對負載的真正不間斷供電：在列車供電電網電壓工作正常時，一方面給照明及控制回路供電，一方面給儲能電池（磷酸鐵鋰電池，容量為 60AH）充電；當列車供電電網突發停電時，不間斷電源立即開始工作，由儲能電池給照明及控制回路所需電源，維持正常的供電，不會造成照明閃爍、控制設備復位等問題。

不間斷電源主要技術參數如下。

額定輸入電壓：3AC 380V/50Hz

輸入電壓允許波動范圍：AC 320～440V

輸出電壓：AC 220V/50Hz（正弦波）

正常/應急供電轉換時間：≤10ms

單次應急供電時間：≥30min/2kW

周期性應急供電時間：不間斷（每周期 10min有電，2min無電）。

2.4客車電氣綜合控制柜

兩路AC 380V電源同時接入每輛客車后，仍由原客車的電氣綜合控制柜進行電源選擇，該電路主要包括三相交流接觸器、空氣開關、邏輯控制電路等，完成輸入母線選擇、負載分配等功能。

考慮到電力機車過分相時供電電源會頻繁出現中斷，造成接觸器等器件頻繁動作，因此客車電氣綜合控制柜的控制電源和照明回路用電不再從供電母線上直接取電，而是改從客車不間斷電源裝置獲得，這樣保證了控制系統的穩定性。

2.5應急供電系統

既有的客車應急供電系統基本未做調整，仍由應急電源、充電設備及其配電回路組成。應急電源是由蓄電池組提供的直流電源，正常時由充電機對蓄電池組進行浮充，當供電母線停止供電后，充電機停止工作，由蓄電池提供直流電源供列車的應急負載如應急照明使用。一般AC 380V列車，其應急供電電源（蓄電池組）電壓等級為DC 48V，僅供本車的應急負載使用。

3 系統特點

3.1創新點

新型 AC 380V列車供電系統以電力機車 AC 380V列車供電裝置為核心，配合既有AC 380V列車的適應性改造，其創新點主要如下。

1）加裝了AC 380V列車供電裝置的電力機車在國內首次實現了向AC 380V旅客列車直接供電，打破了原來柴油發電機組壟斷三相交流供電的歷史，機車電源技術取得了重大突破。

2）列車供電電網最終使用的電能，來自于電氣化區段的電網，并完全通過電力電子變流裝置的變換處理。

3）首次在鐵路列車上加裝不間斷電源裝置，使客車可較好地兼容電力機車、內燃機車/空調發電車的供電電源。

3.2優點

與基于柴油發電為基礎的既有AC 380V列車供電系統相比，其優點如下。

1）提升列車運能，增收節支綜合經濟效益好。據測算，一列含空調發電車的AC 380V列車，因為燃油消耗、維修費和人工成本等，每年至少比一列直供電列車多消耗約100～200萬元成本。同時由于編組中甩掉了發電車，可多掛一輛載客列車，按照長春-北京間硬臥定員66人、客滿率80%、票價244.5 元/人、全年350天（15天維修）計算，全年客運收入還可以增加451萬元。因此每年每列車增收節支的直接經濟效益合計約600萬元。

2）低碳環保，建設資源節約型、環境友好型社會。采用新型AC 380V列車供電系統后，每輛空調發電車每年造成的近500t燃油污染會隨之消失，相當于直接減少 1500t二氧化碳的排放量。另外還可以避免發電車85dB以上的噪音污染。

3）新型AC 380V列車供電系統采用免維護設計，日常檢修工作量少。所有關鍵部件都已經實現了國內自主研發，零配件采購方便，維修費用低廉。

4）有效避免了空調發電車的安全風險。

5）可大幅減少空調發電車的乘務員，實現減員增效。

與現有的DC 600V列車供電系統相比，其優點也很顯著：

1）每節客車不必再增加三相逆變器、單相逆變器等分散變流的電源設備，按照一節客車20萬元計算，18輛客車為一個編組，至少可減少列車供電系統的總體構建成本360萬元，而且還降低了客車設計、生產、維護的難度。

2）由電力機車集中逆變，提供了電源使用的效率，降低了電源轉換的損耗。

3）交流接觸器的使用壽命比直流接觸器更長、采購成本更低。

4 結論

新型AC 380V列車供電系統從2015年11月起，已在大連—北京間的直達特快列車（Z81/0 Z79/82）上投入使用，運行狀態良好，完全滿足正常的鐵路運輸要求。

目前所有運行在鐵路電氣化區段的AC 380V供電的旅客列車，通過電力機車和客車的技術升級和改造，由電力機車直接供電，可不再使用柴油發電機組供電，將產生巨大的社會和經濟效益，具有廣闊的市場空間。

［1］吳強. 客運列車供電系統［J］. 機車電傳動，2003（5）：54-56，61.

［2］徐林云. DC600 V列車供電系統［J］. 鐵道車輛，2001，39（3）：13-16.

［3］徐林云. 首列機車供電空調列車供電系統簡介［J］.鐵道車輛，1999，37（4）：9-10，3.

［4］睢杰. 發電車燃油消耗分析及節能措施［J］. 鐵道車輛，2007，45（2）：44-44.

［5］張斗，錢生明，張曉昌. 發電車MTU柴油機組火災隱患分析及預防措施［J］. 鐵道車輛，2004，42（8）：41-42.

AC 380V Power Supply System for Passenger Train

Yang Tao
（Shenyang Railway Bureau，Shenyang 110000）

Development of train power supply system is briefed. Focus is put to the converter power supply，the structure and characteristics of AC 380V power supply system，which is compared to the power supply system of diesel-alternator wagon. Opinions are aired to the development trend of AC 380V power supply system of passenger train.

power supply system； passenger train； AC 380V power supply system

楊 濤（1982-），男，遼寧省遼陽市人，大學，助理工程師，主要從事機車維護、管理及技術升級工作。