標準動車組輔助供電系統(tǒng)淺析

劉劍 韓東寧 劉利國 于明遠

摘要：本文分別通過對標準動車組輔助系統(tǒng)的工作原理及基本結(jié)構(gòu)進行介紹，為路局司機和地面維護人員提供理論參考，對車輛有一個直觀的了解和認識。

關(guān)鍵詞：標準化動車組;輔助系統(tǒng);輔助變流器;充電機;蓄電池;

0 引言

標準化動車組在出廠前雖然狀態(tài)良好，但在實際運用中還是免不了出現(xiàn)一些問題。尤其輔助系統(tǒng)是否能夠正常工作，對于車輛的正常運營非常關(guān)鍵，如果想在日常的運用維護中認真解決輔助系統(tǒng)故障、預防輔助系統(tǒng)可能出現(xiàn)的各類問題，那么就必須對輔助系統(tǒng)在車輛上的結(jié)構(gòu)及工作原理有一個全面的認識。

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。在動車組過分相區(qū)時且速度大于 70km/h 的情況下牽引電機轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電機通過牽引變流器中間電路將牽引電機發(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，保證車輛在過分相區(qū)時車輛上一直有中壓電，避免中壓負載比如空調(diào)系統(tǒng)的反復啟動，提高旅客乘車的舒適性。動車組在無火回送且車輛速度大于或等于70km/h的情況下，輔助系統(tǒng)仍然也能夠向中壓負載系統(tǒng)供電，車輛速度速度低于 50km/h 時牽引電機退出發(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，通過充電機將三相交流電轉(zhuǎn)換為DC110V電，實現(xiàn)貫通線全列供電，為蓄電池組充電，同時也為低壓直流設備提供電源。

二、系統(tǒng)組成

輔助供電系統(tǒng)由輔助變流器、充電機和蓄電池、應急逆變器等組成。

輔助變流器通過供電母線向整列動車組輸出同相位 3AC380V 50Hz 電源，供電母線貫穿整列車。8 輛編組的動車組設 4 臺輔助變流器，分別設在 TC01、TC08 車、TP03、TP06 車上，正常情況下，所有的輔助變流器同時向母線輸出同相3AC380V 50Hz電源，實現(xiàn)全列供電。車輛無高壓的情況下地面三相交流AC380V/50Hz 電源也可以為車上中壓負載供電。動車組中壓電源由外部電源插頭供電時，必須將車上外部供電開關(guān)打致外部供電位，通過低壓控制電路保證受電弓無法升弓。輔助變流器、充電機和蓄電池故障事件可通過 MVB 或以太網(wǎng)總線傳送到 CCU中央控制單元，并顯示在司機臺監(jiān)控屏上，提示司機或調(diào)試人員。每個設備控制單元可以通過本地的 RS232 端口讀取本身的故障數(shù)據(jù)。動車組在 TC01、TC08 車分別配置了兩臺充電機和兩組蓄電池組，充電機通過 3AC380V/50Hz全列貫通線獲得電源，經(jīng)充電機內(nèi)部交流變直流的整流后為蓄電池和DC110V系統(tǒng)負載供電。DC110V母線貫穿整列動車組。在每節(jié)車上設有一臺逆變器，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)車使用，不貫穿整列車。每車設一臺AC220V/50Hz變壓器，供單車低功率加熱設備使用。

1、輔助變流器組成

輔助變流器箱體安裝在 TC01、TP03、TP06、TC08 車底架中部裙板內(nèi)部。輔助變流器箱內(nèi)設有大功率 IGBT，開關(guān)裝置，保險絲，控制部件、感應元件、冷卻系統(tǒng)部件以及冷卻系統(tǒng)部件，輔助變流器采用強迫風冷、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)對其進行控制和診斷，裝置配備 RS232 接口、以太網(wǎng)服務接口以及 MVB 總線接口。

1.1輔助變流器的外接電源插座

在 TP03、TP06 ?車輔助變流器上各設一個為三相AC380V/50Hz 母線供電的外接電源插座。當外接電源供電時，其輸出僅限于在 TP03、TP06 車輔助變流器的外接電插中的一個，此時受電弓不能升起，與列車高壓電源隔離。外接電源為以下負載提供電源：充電機、采暖和空調(diào)系統(tǒng)、其它 AC380V 負載。插座最大容量為 300A。外接電源插頭采用車站及車輛段具有的成熟產(chǎn)品。

2.充電機

2.1充電機組成

充電機主要由兩個功率模塊 PM1、PM2 組成，充電機的兩個功率模塊分別給一組蓄電池充電，同時為全列車上DC110V低壓負載供電。輔助變流器輸出的三相交流電作為充電機動力電源，在每個功率模塊內(nèi)部經(jīng)過不控整流、直流濾波得到直流電，再經(jīng)過移相全橋 DC/DC 變換輸出可控的 DC110V 直流電。功率模塊檢測到輸入三相交流電符合充電機啟動條件后，閉合預充電接觸器，當直流支撐電容電壓達到預定電壓值時閉合主接觸器，后級移相全橋 DC/DC 變換電路開始工作，直流電經(jīng)過全橋逆變變?yōu)榻涣麟姡ㄟ^變壓器傳遞到變壓器副邊，副邊交流電經(jīng)過全波整流后變?yōu)槊}動的直流電，在經(jīng)過 LC 濾波輸出穩(wěn)定的直流電壓，充電機采用強迫風冷，每個功率模塊設有一個永久的接地故障檢測裝置。

3.蓄電池

3.1蓄電池原理

針對中國標準化動車組 DC110V 需電池供電系統(tǒng)，設計一套鋰離子電池系統(tǒng)，在保證系統(tǒng)應急供電功能的基礎上，解決蓄電池組的輕量化、無污染、長壽命等多方面問題。列車電池系統(tǒng)設計采用冗余設計方式，安裝在 TC01、TC08 車車下裙板內(nèi)，與充電機輸出連接，向全車 DC110V 應急負載供電。按照 8 輛編組的動車組計算，每列車共 4 組蓄電池，電池組額定電壓為 DC110V。針對整車對電池系統(tǒng)的需求，設計鋰離子電池系統(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）、極限保護接觸器以及 RS485 通訊總線，主要實現(xiàn)對電池組的數(shù)據(jù)監(jiān)控以及嚴重過充過放電條件下的保護，在保證系統(tǒng)供電的同時確保電池的安全使用。

三、結(jié)論

輔助系統(tǒng)主要為車輛提供DC110V直流電和AC220V/AC380V交流電，只有輔助系統(tǒng)能夠正常工作，車輛的控制系統(tǒng)、信號系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、車輛冷卻系統(tǒng)以及娛樂設備等用電設備才能正常工作。所以為了保障輔助系統(tǒng)正常工作，在日常的運用維護中如果想提前預防輔助系統(tǒng)可能出現(xiàn)的各類問題以及出現(xiàn)輔助系統(tǒng)故障后快速的解決，那么就必須對輔助系統(tǒng)在車輛上的結(jié)構(gòu)及工作原理有一個全面的認識。只有這樣才能防患于未然。

（作者單位：長春軌道客車股份有限公司）