DC600V在鐵路空調(diào)客車供電系統(tǒng)的應(yīng)用

1、DC 600 V在鐵路空調(diào)客車供電系統(tǒng)的應(yīng)用 發(fā)布時(shí)間：2009-6-16 10:45:451 引言 鐵路空調(diào)客車供電系統(tǒng)是為車上電氣負(fù)載和自動(dòng)化裝置提供電能的裝置，有單獨(dú)供電、集中供電和混合供電3種方式。早期的客車供電方式簡單，主要采用小功率軸驅(qū)式發(fā)電機(jī)和蓄電池并聯(lián)供電方式。目前我國非空涮客運(yùn)列車仍采用這種供電方式。為提高旅客的舒適度，現(xiàn)代鐵路客車均安裝了空調(diào)、冰箱、彩電信息顯示屏等設(shè)備，平均每輛車所需的功率比早期增加了幾倍甚至幾十倍，不同電器的電壓制式也不盡相同，相應(yīng)地對列車供電系統(tǒng)提出了很多新的要求。2 國外鐵路空調(diào)客運(yùn)列車供電系統(tǒng)的發(fā)展 國外高速客運(yùn)

2、鐵路發(fā)展的典型代表日本、法國、德國等發(fā)達(dá)國家列車供電系統(tǒng)已普遍采用靜止變流器供電方式，該方式可靠性高、與列車網(wǎng)絡(luò)融合、自動(dòng)化程度高、維護(hù)操作簡便。比如德國ICE系列、法國TGV系列，意大利的ETR系列，西班牙AVE系列高速動(dòng)車組及日木的新干線列車等均采用這種供電方式。3 我國空調(diào)列車供電方式的發(fā)展31 發(fā)電車集中供電系統(tǒng) 發(fā)電車相當(dāng)于一個(gè)移動(dòng)電站，通常發(fā)電車內(nèi)配置有3臺(tái)300 kW柴油發(fā)電機(jī)組，主要機(jī)型為KTA 19G2型和MTU12 V 183TA 12型，采用交流3相4線制，2路供電，電壓AC400/230 V,50 Hz，車端設(shè)有KC20電力連接線，可從發(fā)電車任一端與列車聯(lián)掛，主干線負(fù)載

3、容量按20輛計(jì)算，不小于600 kW。發(fā)電車集巾供電的空調(diào)列車應(yīng)用了柴油機(jī)發(fā)電技術(shù)：車載單元空調(diào)制冷采暖技術(shù)；AC 220 V照明及應(yīng)急電源技術(shù)：集中軸溫報(bào)警技術(shù)和GPS衛(wèi)星地面遙感技術(shù)等。雖然具有供停電靈活、方便，不受線路、天氣及機(jī)車限制；供電故障率低，機(jī)組間相互干擾少等優(yōu)點(diǎn)，但也存在發(fā)電車柴油發(fā)電機(jī)組噪聲、廢氣污染問題等缺點(diǎn)。還需要消耗大量的石油產(chǎn)品。32 空調(diào)客車DC 600 V供電系統(tǒng) DC 600 V旅客列車供電系統(tǒng)是鐵路機(jī)車車輛T程中的重要系統(tǒng)，DC 600 V系統(tǒng)在吸取法國TGV、德國ICE、日本新干線以及歐洲多電壓制列車供電系統(tǒng)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)中國旅客列車的具體情況，進(jìn)行了優(yōu)

4、化設(shè)計(jì)。利用牽引網(wǎng)電能通過機(jī)車給旅客列車供電，以達(dá)到甩掉發(fā)電車，實(shí)現(xiàn)提高列車運(yùn)輸能力、節(jié)能、環(huán)保和列車運(yùn)行高速化的目的。4 空調(diào)客車DC 600 V供電系統(tǒng)41 DC 600 V供電系統(tǒng)的工作原理 DC 600V供電系統(tǒng)采用機(jī)車集中整流，客車分散逆變方式，構(gòu)成了交一直一交變流供電系統(tǒng)。電力機(jī)車將25 kV電網(wǎng)單相交流電降壓、整流、濾波成DC 600 V，向客車供電?？蛙嚺渲媚孀冸娫醇俺潆娖?，根據(jù)用電設(shè)備的需要，將機(jī)車提供的DC 600 V變換成單、三相交流電及DC 110 V。配電及控制屏柜保證設(shè)備配電及安全保護(hù)?？蛙囋O(shè)置了DC 110 V蓄電池組，解決了列車通過分相段無電區(qū)的難題。系統(tǒng)采用兩

5、套獨(dú)立供電電路。直一交變流器安裝在車下，不減少車廂定員。獨(dú)特的機(jī)車車輛兩級保護(hù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了故障自動(dòng)切除。系統(tǒng)具有集中控制、自動(dòng)啟動(dòng)、自動(dòng)復(fù)位、操作簡單等特點(diǎn)。 DC 600 V供電系統(tǒng)的工作過程：電網(wǎng)通過電力機(jī)車向列車供電，在機(jī)車的主變壓器上增加2個(gè)列車供電繞組，將受電弓接收的25 kV單相交流高壓電降壓；采用2套獨(dú)立工作的單相半控整流裝置將單相交流電整流成2路DC 600 V電源。通過KC20D電氣連接器向列車母線供電，機(jī)車主電路原理圖如圖1所示。 DC 600 V供電裝置由車端連接器，列車供電干線，配電柜，變流器，蓄電池組，充電器，空調(diào)控制柜，照明控制柜等組成。機(jī)車提供的2路DC 600 V

6、電源通過車端連接器引入配電柜，將其中一路輸入變流器及充電器。變流器將DC 600 V變換成2相380 V，50 Hz交流電，通過配電柜給電開水爐、溫水箱、廢排風(fēng)機(jī)等供電，并通過空調(diào)控制柜給空調(diào)機(jī)組供電。充電器將600 V直流電變換成110 V直流電，給蓄電池充電的同時(shí)通過照明控制柜給車內(nèi)照明及供電裝置控制系統(tǒng)供電。每輛車設(shè)蓄電池組，并與110 V十線間采用一極竹隔離。車內(nèi)采用日光燈照明，照明變換器將110 V直流電變換成220V交流電。 配電柜控制空調(diào)控制柜、變流器、充電器的電源。機(jī)(動(dòng))車控制配電柜電源。在車廂內(nèi)，兩路DC 600 V首先進(jìn)入電源控制柜，并分配輸人的DC 600 V電源供給逆

7、變器和充電器。逆變器將DC 600 V變換成AC380V電源，并輸出到空調(diào)控制柜，供給空調(diào)機(jī)組。充電器將DC 600 V變換成DC 115 V電源，供本車蓄電池充電和照明?？蛙嚬╇娤到y(tǒng)主電路原理圖如圖2所示。 42 DC 600 V供電系統(tǒng)的主要特點(diǎn) 機(jī)車采用單相相控整流或全波整流提供DC 600 V電源，采用2路供電，具有電源后備；采用逆變技術(shù)，各車廂逆變器放在車下，不占用客車空間；各車廂獨(dú)立性強(qiáng)，列車編組靈活；控制系統(tǒng)采用DC 110 V，供電系統(tǒng)互補(bǔ)性強(qiáng)，可靠性高；采用大功率高頻開關(guān)電源；供電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集中控制，操作簡單；實(shí)現(xiàn)全列行車安全和空調(diào)參數(shù)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，并與地面聯(lián)網(wǎng)。由于加掛發(fā)電車，可

8、多編掛1輛客車，增加運(yùn)力及收入。5 DC 600 V供電系統(tǒng)運(yùn)行中的問題及建議 DC 600 V供電系統(tǒng)投運(yùn)，總體性能一直比較穩(wěn)定，故障率比較低，具有操作簡單、維修費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。但在擴(kuò)大投運(yùn)發(fā)現(xiàn)了一些問題：如變換器的輸出電壓波形對小電動(dòng)機(jī)等負(fù)載絕緣壽命的影響；變換器的輸出電壓調(diào)制頻率對內(nèi)燃機(jī)車接地保護(hù)電路電流的影響；變換器車上、車下分體結(jié)構(gòu)接線麻煩，影響變換器的抗干擾性能；充電器散發(fā)的熱量引起配電間的溫度偏高等。為解決上述問題，目前，制訂供電系統(tǒng)及主要部件的技術(shù)要求及試驗(yàn)檢驗(yàn)方法對變換器等主要部件的性能提出新要求。如對變換器輸出電壓波形電壓上升率、重復(fù)電壓最大值、輸出電壓的諧波含量作了新規(guī)定；

9、變換器將采取主電路、控制電路一體結(jié)構(gòu)，使車上、車下連線僅剩幾根工作狀態(tài)顯示及集控線用線；要求變換器、充電器安裝放在車下(指單層車)，以便改善配電間環(huán)境等。建議從以下兩方面改進(jìn)。 (1)機(jī)車DC 600 V電源供電品質(zhì)有待提高機(jī)車DC600 V電源是供電系統(tǒng)的關(guān)鍵，從目前25T型、動(dòng)車組及25 G型DC 600 V運(yùn)行情況可知：機(jī)車輸出電壓經(jīng)常在500700 V間振蕩，電壓波動(dòng)不穩(wěn)，極易導(dǎo)致逆變器、充電器發(fā)生保護(hù)停機(jī)或損壞。并且部分機(jī)車帶載能力較差，需對其進(jìn)行冗余改造。夏季溫度高時(shí)，特別是始發(fā)時(shí)，列車負(fù)載較大，機(jī)車送電困難，客車空調(diào)完全不能使用。即便機(jī)務(wù)段采用應(yīng)急處理措施，始發(fā)時(shí)逐輛半載加載。建

10、議合理地選擇電力機(jī)車電源的濾波電抗，消除供電系統(tǒng)可能出現(xiàn)的低頻震蕩。目前機(jī)務(wù)段己逐步進(jìn)行改造，效果良好。 (2)逆變器故障較多DC 600 V客車供電系統(tǒng)25G型各次列車逆變器故障很多，特別是當(dāng)夏季負(fù)載較大時(shí)，由于每節(jié)車廂只配置了1臺(tái)逆變器，一旦出現(xiàn)故障，該節(jié)車空調(diào)機(jī)組將停止工作，車內(nèi)舒適度急劇變差。但25T型DC 600 V逆變器問題相對較少，關(guān)鍵是每節(jié)車配備有2臺(tái)逆變器，互為備用。建議每節(jié)車廂只配備1臺(tái)逆變器，采用單路AC380V供電，連接線前后貫通，確?？照{(diào)良好。最關(guān)鍵的是提高逆變器的質(zhì)量和可靠性。6 結(jié)語 現(xiàn)代客運(yùn)列車供電系統(tǒng)為滿足列車上電器不斷增多的需求，服從列車總體布置的需要，保證

11、有良好的社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益。普遍采用靜止變流器供電方式，DC 600 V供電系統(tǒng)確定了中國旅客列車新的供電模式，達(dá)到國際先進(jìn)水平，該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)成為鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)TB/T3063旅客列車DC 600 V供電系統(tǒng)技術(shù)條件，DC 600 V供電系統(tǒng)是符合我國鐵路運(yùn)行特點(diǎn)的供電方式之一，具有廣泛的推廣運(yùn)用前景。DC600V供電系統(tǒng)1.1 系統(tǒng)概述DC600V供電系統(tǒng)是25T客車有別與25K的最大特點(diǎn)。在電氣化區(qū)段，電力機(jī)車的列車輔助供電裝置將受電弓接受的25KV單相高壓交流電降壓、整流、濾波，形成兩套獨(dú)立DC600V直流電源，兩套裝置分兩路通過KC20D連接器向空調(diào)客車供電，供電容量2x400kW；在非電氣

12、化區(qū)段，內(nèi)燃機(jī)車發(fā)電機(jī)組發(fā)電、整流、濾波，形成兩套獨(dú)立DC600V直流電源，兩套裝置分兩路通過KC20D連接器向空調(diào)客車供電，供電容量2x400kW；空調(diào)客車通過綜合控制柜自動(dòng)(按車廂號分奇偶選擇)將其中一路DC600V送入逆變電源裝置（簡稱逆變器箱，型號：25T-2X35KVA+15KVA，包括兩個(gè)35KVA逆變器和一個(gè)15KVA三相四線制隔離變壓器）及DC110V電源裝置（簡稱充電器箱，型號：25T-8KW+3.5KVA，包括一個(gè)8KW充電器和一個(gè)3.5KVA單相不間斷逆變器）。2X35KVA逆變器將DC600V逆變成兩路三相50Hz、AC380V交流電，向空調(diào)裝置、電開水爐等三相交流用電

13、負(fù)載供電；8KW充電器將DC600V變換成DC110V直流電，給蓄電池組充電的同時(shí)向照明、供電控制等直流負(fù)載供電；客室電熱和溫水箱采用DC600V直接加熱。采用2X35KVA逆變器供電，主要從兩方面考慮：一是25T客車除空調(diào)機(jī)組外，還新增加了許多設(shè)備，單車負(fù)載容量較大；另一方面是為了適應(yīng)新的運(yùn)行方式，增加供電系統(tǒng)的可靠性和安全性。兩個(gè)逆變器其中一個(gè)主要給空調(diào)機(jī)組供電，另一個(gè)給開水爐、伴熱等交流負(fù)載供電；正常情況下，兩個(gè)逆變器相互獨(dú)立，互為熱備份。但當(dāng)其中一個(gè)發(fā)生故障時(shí)，由另一個(gè)負(fù)責(zé)繼續(xù)向負(fù)載供電，只是部分受控負(fù)載要減載運(yùn)行（如空調(diào)機(jī)組轉(zhuǎn)入半冷或半熱工況）?？褪译姛崞?、溫水箱等電阻性負(fù)載之所以采用DC600V直接加熱的方式，一方面減輕了逆變器的冬季負(fù)載，另一方面