標準動車組輔助供電系統(tǒng)淺析獲獎科研報告

標準動車組輔助供電系統(tǒng)淺析獲獎科研報告摘要：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(yù)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(fù)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(shè)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(yīng)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3AC380V50Hz電源，供電母線貫穿整列車。8輛編組的動車組設(shè)4臺輔助變流器，分別設(shè)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3AC380V50Hz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(shè)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(shè)有一臺逆變器，由DC110V系統(tǒng)供電逆變輸出AC220V50Hz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(shè)一臺AC220V/50Hz變壓器，供單車低功率加熱設(shè)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(shè)有大功率IGBT，開關(guān)裝置，保險絲，控制部件、感應(yīng)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(fēng)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(wù)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(shè)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(yù)充電接觸器，當直流支撐電容電壓達到預(yù)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?，通過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(fēng)冷，每個功率模塊設(shè)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(shè)計一套鋰離子電池系統(tǒng)，在保證系統(tǒng)應(yīng)急供電功能的基礎(chǔ)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(shè)計采用冗余設(shè)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(yīng)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(shè)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