標準動車組輔助供電系統淺析

劉劍 韓東寧 劉利國 于明遠

摘要：本文分別通過對標準動車組輔助系統的工作原理及基本結構進行介紹，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。

關鍵詞：標準化動車組;輔助系統;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良好，但在實際運用中還是免不了出現一些問題。尤其輔助系統是否能夠正常工作，對于車輛的正常運營非常關鍵，如果想在日常的運用維護中認真解決輔助系統故障、預防輔助系統可能出現的各類問題，那么就必須對輔助系統在車輛上的結構及工作原理有一個全面的認識。

一、系統概述

輔助供電系統采用輔助變流器輸出端全列串聯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節提供。輔助變流器將來自牽引變流器中間直流電轉換成三相交流電為輔助系統供電。在動車組過分相區時且速度大于 70km/h 的情況下牽引電機轉變為發電機通過牽引變流器中間電路將牽引電機發出的電供給輔助系使輔助系統始終有三相交流電的輸出，保證車輛在過分相區時車輛上一直有中壓電，避免中壓負載比如空調系統的反復啟動，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，輔助系統仍然也能夠向中壓負載系統供電，車輛速度速度低于 50km/h 時牽引電機退出發電模式。輔助供電低壓系統電源由3AC380V/50Hz供電全列貫通線提供，通過充電機將三相交流電轉換為DC110V電，實現貫通線全列供電，為蓄電池組充電，同時也為低壓直流設備提供電源。

二、系統組成

輔助供電系統由輔助變流器、充電機和蓄電池、應急逆變器等組成。

輔助變流器通過供電母線向整列動車組輸出同相位 3AC380V 50Hz 電源，供電母線貫穿整列車。8 輛編組的動車組設 4 臺輔助變流器，分別設在 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3AC380V 50Hz電源，實現全列供電。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 或以太網總線傳送到 CCU中央控制單元，并顯示在司機臺監控屏上，提示司機或調試人員。每個設備控制單元可以通過本地的 RS232 端口讀取本身的故障數據。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，經充電機內部交流變直流的整流后為蓄電池和DC110V系統負載供電。DC110V母線貫穿整列動車組。在每節車上設有一臺逆變器，由 DC110V 系統供電逆變輸出 AC220V 50Hz 電源提供給旅客插座，該電源僅供單節車使用，不貫穿整列車。每車設一臺AC220V/50Hz變壓器，供單車低功率加熱設備使用。

1、輔助變流器組成

輔助變流器箱體安裝在 TC01、TP03、TP06、TC08 車底架中部裙板內部。輔助變流器箱內設有大功率 IGBT，開關裝置，保險絲，控制部件、感應元件、冷卻系統部件以及冷卻系統部件，輔助變流器采用強迫風冷、脈寬調制（PWMI）原理。輸入端與牽引變流器中間環節連接。輔助變流器由 ACU 控制器，脈寬調制逆變器的控制系統對其進行控制和診斷，裝置配備 RS232 接口、以太網服務接口以及 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、采暖和空調系統、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，在每個功率模塊內部經過不控整流、直流濾波得到直流電，再經過移相全橋 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，閉合預充電接觸器，當直流支撐電容電壓達到預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，直流電經過全橋逆變變為交流電，通過變壓器傳遞到變壓器副邊，副邊交流電經過全波整流后變為脈動的直流電，在經過 LC 濾波輸出穩定的直流電壓，充電機采用強迫風冷，每個功率模塊設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，設計一套鋰離子電池系統，在保證系統應急供電功能的基礎上，解決蓄電池組的輕量化、無污染、長壽命等多方面問題。列車電池系統設計采用冗余設計方式，安裝在 TC01、TC08 車車下裙板內，與充電機輸出連接，向全車 DC110V 應急負載供電。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的需求，設計鋰離子電池系統，包括電池組、電池管理系統以及電池保護接觸器，與鎳鎘蓄電池組相比，鋰離子電池系統增加了電池管理系統（BMS）、極限保護接觸器以及 RS485 通訊總線，主要實現對電池組的數據監控以及嚴重過充過放電條件下的保護，在保證系統供電的同時確保電池的安全使用。

三、結論

輔助系統主要為車輛提供DC110V直流電和AC220V/AC380V交流電，只有輔助系統能夠正常工作，車輛的控制系統、信號系統、檢測系統、車輛冷卻系統以及娛樂設備等用電設備才能正常工作。所以為了保障輔助系統正常工作，在日常的運用維護中如果想提前預防輔助系統可能出現的各類問題以及出現輔助系統故障后快速的解決，那么就必須對輔助系統在車輛上的結構及工作原理有一個全面的認識。只有這樣才能防患于未然。

（作者單位：長春軌道客車股份有限公司）