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(hù)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(yùn)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(hù)車輛逐漸代替內(nèi)燃調(diào)車機(jī)車，成為機(jī)車機(jī)務(wù)段、地鐵車輛段等主要的調(diào)車機(jī)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(hù)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(yùn)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(yùn)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(jī)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(hù)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(hù)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(hù)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(hù)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(hù)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(jī)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(jī)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(jī)室設(shè)備布置、機(jī)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(jī)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(jī)等;同時在車頂設(shè)置登車門，方便車頂檢修;

②機(jī)械間設(shè)備：在機(jī)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(jī)組，機(jī)械間下層布置有輔助變流器+牽引蓄電池充電機(jī)、斬波電抗器、控制蓄電池充電機(jī)+控制蓄電池、低壓柜以及輔助壓縮機(jī)系統(tǒng)，機(jī)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(jī)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(hù)裝置

序號3：輔助變流器+牽引蓄電池充電機(jī)

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(hù)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(jī)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(jī)發(fā)電機(jī)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(yùn)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(hù)、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(hù)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(hù)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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