客車不間斷電源裝置研制

簡要介紹了新型3AC380V列車供電系統的發展過程，重點闡述了客車不間斷電源裝置的結構和特點。以此設計的客車不間斷電源裝置在實際的工程應用中得到了驗證。

【關鍵詞】3AC380V列車供電系統 客車不間斷列車供電裝置 特點

3AC380V列車供電系統是為鐵路旅客列車上各種電器提供電源的系統設備， 其供電制式為3AC380V，目前基本采用空調發電車供電。通過柴油機轉化成電能，為列車提供電源，能耗非常高。每列車編組18節車廂，包含硬座、硬臥等，年消耗燃油400噸，費用高達三百萬，再加上柴油機維修等成本，其開支相當驚人。除運行成本高外，空調發電車因為燃油泄露還存在著不可完全避免的火災風險。隨著鐵路的電氣化和電力機車變流技術的進步，已有3AC380V列車供電系統仍然依靠柴油發電機供電已不能滿足社會發展的需要。

目前部分SS9電力機車裝備了新型3AC380V列車供電裝置，可直接向列車提供3AC380V供電電源，具備投資小、無污染、見效快等優點。由于過分相造成列車照明及控制電源頻繁中斷，不能滿足列車供電系統的運行需要，需在客車上額外加裝不間斷電源，以保障照明及控制電源連續工作。

1 不間斷電源原理

不間斷電源由整流、儲能、變換和開關控制組成。系統穩壓功能由整流器完成，其本身具有可根據輸入的變化控制輸出幅度的功能。凈化功能由儲能電池來完成，電池除了可存儲能量外，對整流器來說就像大容量的電容器。頻率的穩定則由變換器來完成。為方便日常操作與維護，設計了檢修旁路等開關。

在外部電源正常供電時，不間斷電源通過整流-逆變給負載供電，同時給電池充電；當突發停電時，由電池經逆變后供給負載所需電源。

2 主電路及技術參數

2.1 主電路

根據3AC380V列車特點，為保證三相平衡，客車不間斷電源裝置系統輸入為3AC380V，經過整流、逆變后輸出AC220V電源給客車照明等負載用。同時從中間回路取電給電池充電，在過分相輸入中斷時，電池自動給中間回路提供DC48V電源，逆變器輸出AC220V。另外在裝置中設置了旁路開關，系統出現故障時可切換至旁路狀態。

2.1.1 輸入回路

三個單相整流模塊并聯，將3AC380V轉變成DC48V直流，任何一個損壞時仍可以保持正常輸出。

2.1.2 輸出回路

電池模塊均自帶充電單元，正常情況下由模塊1給逆變模塊提供DC48V電源。當模塊1故障后，模塊2立即輸出DC48V電源。

2.1.3 輸出回路

正常情況下逆變模塊U4給外部負載供電。當U4故障后，U5立即輸出。

在不間斷電源裝置無輸入電壓或輸入電壓異常的情況下，可持續提供30分鐘以上的電源輸出。裝置輸入正常后，除繼續保證AC220V輸出，還可以根據電池狀況完成電能補充。

2.2 技術參數

客車不間斷電源裝置的額定輸入電壓為3AC380V/50Hz，額定輸出電壓為AC220V/50Hz，額定輸出功率為2kW，單次應急供電時間大于30分鐘。

2.3 儲能電池選型

SS9電力機車3AC380V列車供電裝置過分相時，會導致客車供電頻繁中斷、而客車照明及控制所需的電源又不能中斷，這就要求所提供的不間斷電源裝置必須有合適的電池：

當 3AC380V供電正常時，不間斷電源給電池充電、同時給負載提供AC220V電源；當3AC380V供電中斷時，電池給不間斷電源放電、不間斷電源給負載提供 AC220V電源。

目前客車常用的電池包括鉛酸電池和鎳鎘堿性電池，鉛酸電池充放電循環次數一般是 500次，鎳鎘堿性電池一般是1000次。在使用過程中，電池充放電循環次數超過限制值，電池性能將變差。 再加上這兩種電池體積大、重量重，不適合客車不間斷電源裝置。

而目前的新型儲能電池中，磷酸鐵鋰電池具有五大優點：

（1）晶體穩固，在過充時不會發熱，擁有良好的安全性。電池可通過短路、過充、過放等試驗；

（2）一般情況下電池循環壽命達到2000次以上；

（3）電池被認為是不含任何重金屬與稀有金屬，為絕對的綠色環保電池；

（4）可以最大2C電流進行快速充放電，在專用充電器下，充電40分鐘內即可使電池充滿；

（5）電池無記憶現象，無論處于什么狀態，可隨充隨用。

3 結束語

客車不間斷電源裝置從2015年11月開始，在Z79/80次（大連-北京）特快列車上投入使用，完全滿足和SS9電力機車3AC380V列車供電裝置配套的要求，機車頻繁過分相也不會影響客車照明及控制用電。

目前所有的3AC380V供電的旅客列車，只要在電氣化區段，均可由電力機車進行直供電，再通過在客車加裝不間斷電源裝置改造，不再使用柴油發電機供電，將產生巨大的社會和經濟效益，具有廣闊的市場空間。

參考文獻

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作者簡介

趙祎（1969-），男，遼寧省沈陽市人。現為沈陽鐵路安全監管辦機車車輛驗收室主任驗收員。主要研究方向為機車車輛技術升級與改進。

作者單位

沈陽鐵路安全監管辦機車車輛驗收室 遼寧省沈陽市 110000