列車牽引設備供電線路的改造

張聞天

南京地鐵運營責任有限公司 江蘇南京 21000

摘要：牽引設備冷卻風機是保證列車牽引系統正常運行的重要組成部分。因此，一定要保證列車牽引設備冷卻風機的可靠性。

關鍵詞：列車；牽引設備；供電回路改造

1列車牽引設備冷卻風機的供電方式

目前，為了能夠實現列車牽引系統的可靠和可操作性，牽引設備冷卻風機的電源由輔助系統來提供，基本上采用的都是并網或交叉供電方式。而這其中，又以并網供電的可靠性最高，理論上，多節編組的列車只需要有一臺輔助逆變器處于工作狀態中，就可以保證正條列車牽引設備冷卻風機的供電正常。只是，并網供電技術的最早應用，是在某軌道交通1號線增能擴編項目列車上，而之前項目的列車仍采用傳統的交叉供電方式。

2列車牽引設備冷卻風機交叉供電原理

AC01型電動列車牽引設備冷卻風機（FANs）包括牽引箱冷卻風機與制動電阻箱冷卻風機，采用強迫風冷的方式保證牽引設備在允許溫度范圍內正常工作。其供電方式采用交叉供電方式，由Tc車輔助逆變器（AI-1）輸出AC380V供電。2個Tc車輔助逆變器分別為一半的動力車（Mp車或M車）牽引設備冷卻風機供電。當一個Tc車輔助逆變器無法工作時，該逆變器供電的冷卻風機將自動切換至另一個Tc車的輔助逆變器；當2個Tc車輔助逆變器都無法工作時，列車牽引系統將因失去通風冷卻功能而無法工作，最終導致列車救援事故。由于AC01型電動列車的Tc車輔助逆變器自身故障率較高及冷卻風機短路時有發生等原因，使正線運營列車存在較大的救援風險，故有必要采取有效措施以杜絕此類事故的發生。

3改造方案的設計

由于AC0l型電動列車每節車都有一個輔助逆變器（AI-2）均輸出AC380V為客室空調供電，其電源形式與牽引箱冷卻風機及制動電阻箱冷卻風機所需電源相同，因此，可通過供電回路的改造，實現在Tc車輔助逆變器故障時，牽引設備冷卻風機電源自動轉換至Mp車或M車的輔助逆變器供電，以降低輔助供電系統故障對列車牽引功能的影響。

3.1動力車輔助逆變器的功率核算

為實現上述設計，必須在動力車輔助逆變器原有空調負載的基礎上增加牽引設備冷卻風機負載，因此必須核算動力車輔助逆變器功率是否滿足改造要求。動力車輔助逆變器的額定功率為AC90kV，功率因數為0.85，故其有功功率為76.5kw。

3.2空調負載功率的計算

動力車輔助逆變器負載為空調機組，每臺動力車輔助逆變器負載為3臺空調機組。每臺空調機組總成的額定功率為24.22kW，則每臺動力車輔助逆變器的負載功率為72.66kW。通過對空調負載實測數據的分析可以發現，在滿負荷工作時，每臺空調機組的實際功率均小于22kW，其負載總功率不超過66kW。

3.3牽引設備冷卻風機負載功率的計算

改造后的電力汽車的牽引箱故障條件和制動電阻箱冷卻風扇將被轉換為輔助逆變器供電，所以電源車輔助逆變器將增加牽引箱冷卻風機負載功率（1.1KW）和制動電阻箱冷卻風扇（2.2KW）。

4改造方案

4.1牽引設備冷卻風機供電回路改造方案

經過功率核算可知，動力車輔助逆變器完全符合改造要求。因此，可以通過將原來牽引箱冷卻風機及制動電阻箱冷卻風機電源在2個Tc車輔助逆變器之間自動切換，改為在一個Tc車與本車（Mp車或M車）輔助逆變器之間自動切換，從而提高牽引系統工作的可靠性。實際改造中，只需將M車或Mp車牽引設備冷卻風機的三相電源線接至本車輔助逆變器的三相輸出端，同時更改原供電控制電路中的相關繼電器接線即可。這樣，在一個Tc車輔助逆變器故障時，可實現一半動力車的牽引設備冷卻風機由本車的輔助逆變器分別供電，不增加另一個正常Tc車輔助逆變器的負載；同時可將原來集中于故障Tc車的冷卻風機負載分散至各個動力車逆變器，不影響列車的正常牽引功能。更重要的是，當2個Tc車輔助逆變器同時故障時，所有動力車的牽引設備冷卻風機均會自動切換至本車輔助逆變器，可繼續為牽引設備進行通風冷卻，以保證列車的牽引功能。

4.2列車中央控制單元軟件修改

如上所述，牽引設備冷卻風機的供電回路經過改造后，完全可以在2個Tc車輔助逆變器故障的情況下由動力車輔助逆變器繼續為牽引設備冷卻風機提供電源。但是，由于列車中央控制單元（CCU）軟件中有關Tc車輔助逆變器狀態對牽引系統影響的相關控制，僅實現硬件電路改造，仍無法到達預期目標。因此，必須對CCU軟件進行相應修改。若CCU總線正常，功能塊輸出為變量HBI，該值取決于牽引設備冷卻風機電源狀態（BlowerContr01），即Tc車輔助逆變器工作狀態。當至少有1個Tc車輔助逆變器正常工作時，HBI=1；當2個Tc車輔助逆變器都不工作時，HBI=0。

若CCU總線故障，功能塊輸出為變量EMV。該變量恒為1。

因此，當CCU總線正常，2個Tc車輔助逆變器同時不工作時，HBI=0，即變量$HBUEIN=0。當$HBUEIN=0，則CCU將該變量發送給所有牽引控制單元（TCU），產生相應的故障代碼并封鎖TCU，則列車牽引系統停止工作。

為了實現牽引設備冷卻風機電源切換到動力車輔助逆變器后，列車能夠繼續實現牽引功能，必須設法讓CCU變量$HBUEIN=1，屏蔽相關故障。

通過修改CCU軟件，可以將功能塊LoADEN2中的變量EMV（恒為0）插入功能塊LOADENI中替換SEL變量。LOADENl的輸出變量$HBUEIN=1，則CCu始終認為“至少有一個Tc車輔助逆變器正常”，即列車在2個Tc車輔助逆變器故障的情況下不封鎖TCU，允許列車牽引。由于LOADEN2為備用功能塊，不參與CCU程序中的任何控制，因此調用其中的EMV變量不會對列車的其它功能產生影響。

5蓄電池運營能力試驗

由于Tc車輔助逆變器除為牽引設備冷卻風機提供電源外，還負責對主蓄電池進行充電及提供低壓直流負載電源。因此，即使實現了硬件電路改造和控制軟件修改，還必須考慮失去蓄電池充電器供電的情況下主蓄電池對低壓直流負載的供電能力。

正線模擬運營試驗表明，在2個Tc車輔助逆變器切除（僅主蓄電池供電）狀態下，打開全列車低壓直流負載，列車可以在該軌道交通1號線正線運營31km里程，蓄電池電壓從101V下降至93.5V，距離蓄電池欠壓保護值84V仍有較大的安全范圍。

6.結語

通過以上的分析和研究，地鐵AC01型電動列車可以通過對牽引設備冷卻風機的交叉供電回路改造，配合相關控制軟件修改后，杜絕牽引系統因TC車輔助逆變器故障引起失效進而導致的救援事故。同時，在TC車輔助逆變器故障時，可以將動力車牽引設備冷卻風機電源切換至動力車輔助逆變器，從而降低輔助系統故障對牽引功能的影響，以保證列車的運營質量。

參考文獻：

[1]李軼斌.中壓交流并網供電技術在地鐵列車上的應用[J].城市軌道交通研究，2012（6）：121.