高鐵動車組新型電力分配系統研究

雷繼海

摘 要：自改革開放以來，我國經濟技術和科學技術取得大力的發展，在這個基礎上，原來的傳統列車已經完全滿足不了人們的出行要求，制約了我國的經濟發展，因此在2003年左右我國大力發展高速動車組，在短時間內取得了舉世矚目的成就，達到了世界領先水平。作為完全電力驅動，動力分散分布型動車組，高壓電力分配系統對其尤其重要。基于此，本文主要闡述了傳統動車組電力分配的弊端，以及新型高速動車組電力效率的分布概念，標準的構建，介紹了動車電力系統的設計思路和模塊功能介紹，希望能為今后我國高速動車的設計帶來幫助。

關鍵詞：動車組;電力分配;車輛研究

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.19.154

0 引言

對高速動車組而言，傳統的電氣系統開發方式已經過時，所以動車組的設計必須以系統為基礎，進行模塊化，智能化的設計。因此作為動車組上一切動力的基礎，電力分配設計尤其重要。

1 傳統電力設計的弊端

傳統電力系統的弊端是：第一，設計效率低下，電力分配混亂，能源損耗大，功耗浪費嚴重。第二，電力設備設施安裝位置不科學，傳輸線路雜亂，一些信號線路干擾嚴重，輕則導致列車閃報故障，重則影響列車行車安全。第三，電力控制系統落后，智能化程度低，在列車相對狹小的空間里各種操控設備分配不合理，對操作，運維，售后等要求過高，故障的檢測，調試，處理的效率低，成本增加。

2 新型電力系統的設計概念

針對動車組空間有限，設備繁雜，電力供應環境（高速運動中觸網供電）惡劣等特點，首先需要對各種設備的電力需求，以及整車車輛布局進行標準化、模塊化設計，減少不必要的電力配送和損耗。

3 新型動車組供電系統模塊的設計

根據動車組電力特性，一般車輛電力分為網側電壓供電系統和輔助供電系統。網側電壓供電系統的功能就是將來自接觸網的電能傳輸到列車電氣系統之前對其進行變壓和濾波處理。輔助供電系統的功能是提供列車交流和直流電源，系統的電源是由主變壓器通過網側變流器提供的。無電源連接時蓄電池系統可以提供電源啟動列車。

3.1 網側供電系統

網側電壓系統對來自接觸網的25kV交流線路電壓進行濾波，從而保護列車不受過電壓的影響，此外還保護接觸網不受列車短路的影響，基本設備分為車頂部分和底架部分。

3.1.1 車頂部分設備

新型動車組車頂部分設備主要包括：受電弓，主斷路器，瞬態電抗器，網側電壓互感器（VMT），避雷器，高壓隔離開關，接地開關。

受電弓是動車組和接觸網之間的接觸裝置，當動車組需要接通/斷開供電時，受電弓即升起或降下。受電弓的操縱是通過一個氣動平衡系統來完成的，弓頭與接觸網保持接觸。受電弓設有自動降弓裝置 （ADD），ADD對弓頭碳滑條受損情況進行檢測，一旦檢測到任何損壞，就會降下受電弓，同時，在碳滑條沒有更換之前，ADD還會阻止升弓。

主斷路器（LCB）用來將受電弓接收的網側電流與動車組用電設備相連，將供電線路與主變壓器連接或切斷，發生過載或短路時切斷線路。LCB由TCMS控制，其開閉取決于實際的網側電壓或司機的要求，在動車組高壓牽引系統發生故障時及時斷開與電網的連接，出于安全的原因，當在與LCB連接的網側電壓電路上進行操作時，可通過接地開關對LCB的變壓器側進行接地。

瞬態電抗器可抑制主變壓器原邊的電流突變，保護主變壓器不受LCB在關閉操作時產生的瞬時電壓的影響。

網側電壓互感器（VMT）的功能是測量來自接觸網的電壓，從而對網側電壓系統進行保護。網側電壓互感器1（VMT1）可以檢測網側電壓是否在允許范圍內，從而控制LCB閉合或打開。網側電壓互感器2（VMT2）通過微型斷路器和隔離變壓器向動車的牽引系統提供網側電壓信號，驅動控制單元（DCU）通過電壓信號對網側電壓進行監控。

避雷器，使用了兩種不同的避雷器來保護系統不受過電壓的影響。避雷器1（SA1）設置在受電弓旁，與其輸出和車體連接，功能是保護網側電壓系統和高壓箱輸入側。避雷器2（SA2）設置在高壓箱內，功能是保護主變壓器。

高壓隔離開關，它們受TCMS系統的控制。在正常狀態下兩個隔離開關處于閉合狀態，僅當發生故障時或需要手動隔離單元組時，隔離開關才會打開。隔離開關與受電弓之間配置有硬線回路，只有在降弓狀態下才允許執行閉合和分斷動作。

接地開關用于高壓回路接地，確保在對高壓系統進行維護時的安全。每個主斷路器均配置有接地開關，將主斷路器的兩端接地。

3.1.2 底架部分設備

動車組底架上的供電系統包括安裝在同一個單元的主變壓器和一個原邊電流互感器。

主變壓器為所有的變流器模塊提供電源，將網側電壓轉換成適合牽引系統的電壓。

底架電流互感器測量原邊主繞組的電流，所測值被用于變流器控制算。

3.1.3 輔助供電系統

輔助供電系統的功能是提供列車交流和直流電源，系統的電源是由主變壓器通過網側變流器提供的。無電源連接時蓄電池系統可以提供電源啟動列車。輔助供電設備置于車輛底架，輔助供電主要設備包括輔助逆變器系統和蓄電池系統，它們與牽引系統同時置于變流器和濾波器箱內。

輔助逆變器系統將來自網側變流器直流環節的直流電壓（1650 VDC）轉化成固定頻率和振幅的三相電壓。輔助變壓器將電壓降至3x400V/50Hz，功率通過三相總線分配到各種負載，例如壓縮機、空調風機和蓄電池充電機等。

蓄電池系統提供110V直流的電源，其中蓄電池充電機將三相400V交流電轉化成蓄電池的直流電壓為蓄電池充電，然后通過蓄電池接觸器將蓄電池連到電池總線，向列車的110V直流負載供電。

4 結束語

保證動車組的電力供應的穩定性和分配的科學性是保障列車安全行駛的基礎和前提，隨著高鐵技術的發展以及人們出行對舒適便捷性需求的提高，新型動車組的電氣設備類型呈現復雜化的發展趨勢，動車組供電系統的模塊化，智能化在未來高鐵發展體系中尤為重要。

參考文獻：

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