AC380V列車供電系統(tǒng)

胡鵬飛

摘要：本文通過負(fù)荷分級及供電要求、應(yīng)急供電系統(tǒng)、電源及供電裝置以及客車電氣綜合控制柜溫溫度在線技術(shù)研究理論依據(jù)四個方面進(jìn)行AC 380V列車供電系統(tǒng)分析。

關(guān)鍵詞：AC 380V；列車；供電系統(tǒng)

引言：

三相交流380V/50Hz是當(dāng)下鐵路上主流的空調(diào)列車供電系統(tǒng)，為列車上各種電器提供電源，AC 380V是1985～1989年期間我國鐵路列車開始大規(guī)模普及空調(diào)裝置時，基于當(dāng)時我國的鐵路技術(shù)水平現(xiàn)狀而使用。在列車的供電系統(tǒng)中除了AC 380V供電系統(tǒng)還有一種由客運電力機(jī)車集中供電的DC600V供電系統(tǒng)，DC600V供電系統(tǒng)第一次在在快速列車上使用是在20世紀(jì)90年代某，在本世紀(jì)除鐵路大列車規(guī)模提速后得以大范圍使用。DC600V供電系統(tǒng)不同于AC 380V列車供電系統(tǒng)，它是在靜止變流器供電方式已經(jīng)成熟的前提下應(yīng)用的。采用了DC600V供電系統(tǒng)以后，各類列車產(chǎn)生了非常突出的社會和經(jīng)濟(jì)效益。現(xiàn)階段，我國任然還有數(shù)量非常龐大的采用AC 380V供電系統(tǒng)的列車。具有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，全國范圍內(nèi)，存在4750輛AC380V供電列車。

一、新型AC 380V列車供電系統(tǒng)

380V列車供電系統(tǒng)主要由AC380V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(yīng)急供電系統(tǒng)等組成[1]。傳統(tǒng)的依靠大功率柴油發(fā)電機(jī)組供電AC380V列車與當(dāng)前形勢發(fā)展的相符合，而傳統(tǒng)的AC380V列車升級為DC600V列車需要將三相逆變器、單相逆變器、充電機(jī)等構(gòu)件設(shè)備加進(jìn)，這樣不僅成本投入大、而且改裝也需要很長的時間[2]。因此，能夠直接向列車提供三相交流380V供電電源的新型AC380V列車供電裝置的研發(fā)迫不及待，研發(fā)需要基于列車的負(fù)載進(jìn)行。

1.負(fù)荷分級及供電要求

電力負(fù)荷應(yīng)按照對供電可靠性的要求及中斷供在列車運行經(jīng)濟(jì)上所造成損失或影響的程度進(jìn)行分級。中斷供電將造成人身傷亡時為一級負(fù)荷，重大設(shè)備損壞，列車運行過程被打亂，需要長時間才能恢復(fù)為一級負(fù)荷，中斷供電將影響重要用電單位的正常工作，應(yīng)為二級負(fù)荷。

2.應(yīng)急供電系統(tǒng)

應(yīng)急電源與正常電源之間需要采取避免并列運行的措施，負(fù)荷的用電單位宜接入地區(qū)低壓電網(wǎng)，在用電單位內(nèi)部鄰近的變電所之間宜設(shè)置低壓聯(lián)絡(luò)線；據(jù)負(fù)荷的容量和分布，配變電所宜靠近負(fù)荷中心；供配電系統(tǒng)的設(shè)計，除一級負(fù)荷中尤其重要負(fù)荷外，不宜根據(jù)一個電源系統(tǒng)檢修或故障的并且另一電源又發(fā)生故障進(jìn)行設(shè)計[3]。蓄電池作為列車供電系統(tǒng)應(yīng)急電源，獨立于正常電源的發(fā)電機(jī)組作為列車供電系統(tǒng)應(yīng)急電源，干電池可作為列車供電系統(tǒng)應(yīng)急電源。急供電電源（蓄電池組）電壓等級為DC48V[4]。

3.電源及供電裝置

客車電氣綜合控制柜是AC 380V列車供電系統(tǒng)成套設(shè)備，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜用于控制和保護(hù)發(fā)電機(jī)、變壓器以以及電流電動機(jī)，以及接受、分配網(wǎng)絡(luò)電能、控制、監(jiān)控檢測用電設(shè)備。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括斷路器室、母線室、電纜室、儀表室、母線、靜觸頭盒、斷路器、接地開關(guān)、電流互感器、電容分壓器。根據(jù)作用可以分為饋線高客車電氣綜合控制柜、電能計量柜、電壓互感柜等。開關(guān)柜的具體使用應(yīng)滿足規(guī)定的小于1000米的海拔高度，小于平均值90%的相對濕度、以及符合溫度在10～40攝氏度之間，除此以外，小于2.2x10-3MPa氣壓值，小于8級的地震烈度，無火災(zāi)、化學(xué)腐蝕、爆炸危險的場所[5]。

二、客車電氣綜合控制柜溫溫度在線技術(shù)研究理論依據(jù)

客車電氣綜合控制柜主需要完成輸入母線選擇、負(fù)載分配等功能。進(jìn)行客車電氣綜合控制柜溫度監(jiān)控檢測當(dāng)中，因為高壓絕緣與強(qiáng)電磁噪聲因素，為確保信號的高校傳輸，務(wù)必要在監(jiān)控檢測設(shè)備與客車電氣綜合控制柜實行電壓隔離。為解決這種問題，通常情況下，采用光纖測溫與紅外線發(fā)射測溫。紅外線發(fā)射測溫還是有其弊端的，它容易受到高壓開關(guān)磁場影響，只能測試客車電氣綜合控制柜表面溫度，無法精準(zhǔn)監(jiān)測其運行的實際溫度，從而導(dǎo)致設(shè)備超負(fù)荷運行。光纖測溫是用于客車電氣綜合控制柜設(shè)備內(nèi)部溫度的監(jiān)測，也可用于發(fā)電機(jī)和變壓器，是針對開關(guān)柜內(nèi)核心部位的實時在線溫度監(jiān)空測量。首先需要傳熱學(xué)、電磁學(xué)的內(nèi)容知識來定義定義溫度場的因素和計算。來為高壓開關(guān)觸頭溫度和電磁場的分析計算，提供理論依據(jù)，然后把電磁學(xué)數(shù)值計算方法和數(shù)值傳熱學(xué)有效融合。

在進(jìn)行設(shè)備內(nèi)部溫度在線技術(shù)研究時，首先建立設(shè)備內(nèi)部的傳熱分析模型，其中包括詳細(xì)的考慮電流流過設(shè)備內(nèi)部的產(chǎn)生的熱損耗，熱分析時不僅考慮接觸部分的內(nèi)部傳到散熱、還要考慮到輻射和對流的因素，以及注意到設(shè)備內(nèi)部表面。其次，在熱源的計算中，詳細(xì)考慮到接觸電阻全面性以及接觸電阻的影響，并且注意電流、電流密度、功率損耗、接觸處的溫度之間的關(guān)系變化。工程應(yīng)用中的電接觸按工作方式可以分為滑動接觸、固定接觸和可分可合三種方式。另外，再根據(jù)傅里葉導(dǎo)熱定律進(jìn)行詳細(xì)的熱傳導(dǎo)理論分析和表面散熱理論分析。在進(jìn)行設(shè)備內(nèi)部溫度場的數(shù)值方針分析當(dāng)中只需要建立2D軸對稱模型對其有限元分析計算。在建立幾何模型當(dāng)中，有效運用COMSOL軟件，首先選擇模型的空間維度，依據(jù)觸頭結(jié)構(gòu)特點選擇軸對稱，最后，在應(yīng)用模式下選擇模型對應(yīng)的模塊，然后點擊確定，進(jìn)入幾何建模界面，需要注意在幾何建模中，考慮到設(shè)備內(nèi)部組建的對稱性，采取組建的縱剖面。然后設(shè)定設(shè)備內(nèi)部組建模型的各個部分的物性參數(shù)求解物理場的PDE，然后，在傳導(dǎo)介質(zhì)的傳熱兩個模塊中為觸頭幾何模型添加邊界，并進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并設(shè)置求解器的參數(shù)，然后利求解器進(jìn)行求解計算，并得出計算結(jié)果，得到了額定電流情況下，設(shè)備內(nèi)部的溫度場分布，得出設(shè)備內(nèi)部溫度監(jiān)控的最佳點。

三、結(jié)語

綜上所述，三相交流380V/50Hz是當(dāng)下鐵路上主流的空調(diào)列車供電系統(tǒng)，為列車上各種電器提供電源，AC 380V是1985～1989年期間我國鐵路列車開始大規(guī)模普及空調(diào)裝置時，基于當(dāng)時我國的鐵路技術(shù)水平現(xiàn)狀而使用。

參考文獻(xiàn)：

[1]王威，郝鳳榮，陶紅杰，等.和諧型交流傳動電力機(jī)車AC380V列車供電系統(tǒng)研究[J].鐵道機(jī)車車輛，2018，38（5）：49-50，72.

[2]楊濤.AC 380V列車供電系統(tǒng)[J].電氣技術(shù)，2016，（9）：101-103，106.

[3]鄒士濤，蔡利軍.SS9電力機(jī)車AC 380V列車供電系統(tǒng)技術(shù)特點[J].電氣技術(shù)，2016，（9）：114-117.

[4]李敏.列車DC600V三相逆變電源研究[D].四川：西南交通大學(xué)，2007.

[5]徐小鵬.DC600V列車供電輔助電源系統(tǒng)研制與開發(fā)[D].湖南：湖南大學(xué)，2015.

[5]江靖，張凱.DC600V/AC380V兼容供電客車電氣系統(tǒng)設(shè)計[J].四機(jī)科技，1998，000（004）：11-15.