復興號動車組低壓負載管理的研究分析

徐海濤

中國鐵路北京局集團公司北京動車段 北京 100165

近年來，隨著國家“八橫八縱”鐵路網的不斷完善及“一帶一路”戰略的快速實施，旅客對出行要求日益提高，同時現有鐵路線路的運能日益趨于滿負荷甚至過負荷運行，安全運行成為軌道交通運行的首要原則和任務。雖然牽引供電的安全性和可靠性得到了足夠重視，但仍不可避免地因供電系統故障、弓網故障、偶發因素、自然災害等引起城軌車輛供電短時中斷或長時間癱瘓。這將造成整條線路的停運，導致區間疏散。特別是對于隧道運行的區段，易引起恐慌，誘發次生災害。同時鐵路系統封閉性較高，救援難度較大，救援時間相對較長。當發生突發斷電事件后，高速動車組處于密封環境，車內空氣質量逐步惡化，當車內照明完全中斷后容易引發乘客的驚慌焦慮情緒。在緊急情況下保障必要的客室通風、照明、通信暢通、正常開關門，就可以減輕旅客的焦躁情緒，降低救援難度[1]。

1 輔助系統

輔助系統作為現在高速動車組的重要組成部分之一，分為輔助變流器、充電器、蓄電池等關鍵部件。牽引輔助系統為列車上的許多設備供電，保障列車正常運行、旅客乘車的必要需求以及舒適度保障：空調系統、主供風系統、冷卻系統、低壓供電等關鍵系統[2]。輔助系統工作狀態的穩定性直接影響到高速動車組的運行情況。

1.1 輔助變流器

輔助變流器裝置安裝在箱體中。輔助變流器箱中裝有功率半導體、開關裝置、保險絲、控制系統組件、冷卻系統組件和電感組件。輔助變流器裝置通過強制風冷系統冷卻。輔助變流器裝置包括脈寬調制逆變器，它根據脈寬調制（PWM）原理工作。高開關頻率將輸入端和輸出端的電流諧波降到最低。輔助變流器裝置的輸入端連接至變流器中間直流環節。

1.2 充電機

車輛中充電機設計為冗余系統，在一臺充電機出現故障后，仍能保持動車組低壓輸出，保證動車組運行穩定。高速動車組中裝有兩個單獨的電池充電機，每臺電池充電機與一組蓄電池連接，構成獨立的低壓供電系統。兩組獨立的蓄電池和電池充電機向全列車的110 V DC母線供電，該系統確保在任一電池充電器故障或電池故障時向110V DC負載提供冗余電源。

2 輔助工作原理

2.1 低壓供電

中國標準動車組低壓系統采用DC110V并聯母線供電，母線共分為三路：BN1（常規電池），BN2（常規冗余供電）和BD（直連電池母線供電）。

（1）BD母線由直連蓄電池供電，負載包括：蓄電池啟動設備，蓄電池電壓監控設備，停放制動安全環路，列車無線電（設有開關）、信號燈、應急照明、應急通風等重要負載。

（2）BN1和BN2為同等級供電母線，BN1輔助包括CCU1控制電源，各系統控制電源及繼電器等用電負載，BN2負載包括 CCU2控制電源、各系統冗余部分負載電源等用電負載。

2.2 無火回送供電

當回送速度大于55km/h時啟動無火回送模式，牽引變流器增設逆變模塊，轉入回送模式時，速度小于35km/h時退出回送模式。無火回送時能量從蓄電池經過回送發電使電源升壓，進入中間直流環節，重新建立牽引電機勵磁磁場。當電機建立勵磁磁場后，關閉回送發電電源，牽引逆變器工作處于整流工作狀態，將控制牽引電機的轉矩電流整流成中間直流電壓恒定。牽引電機工作在電制狀態，將機械能轉化為電能，為輔助變流器提供電源。

3 低壓負載管理

當動車組突發斷電故障后，為保障旅客的情緒穩定，保證動車組順利救援。動車組立即進入負載管理模式：

（1）0-2min：蓄電池開關處于ON位，司機、機械師無需操作；車輛所有直流負載保持正常工作狀態；

（2）3-30min：蓄電池開關處于ON位，司機、機械師無需操作；車輛發出指令切除車內外信息顯示器、撒砂控制單元、開水爐控制單元、無線上網系統、座位號燈、座位信息顯示器、座位信息顯示系統主機、VIP座椅控制電源、半主動控制裝置主機、客室內外端門、機械鉤加熱、電鉤加熱、客室正常照明（保留1/3應急照明）、娛樂系統主機及設備、客室插座、電視負載。

（3）31-90min：蓄電池開關處于ON位，司機根據彈屏提示手動斷開ATP、DMS、EOAS、LKJ設備供電；在階段2基礎上，TCMS發出指令切除牽引控制單元、制動控制裝置（BN線負載）、視頻監控服務器、給水衛生、廁所有無人顯示、禁煙標識、風笛電磁閥、自動過分相裝置、電能監控系統、受電弓視頻監控、軸溫主機、穩定性主機負載。

（4）120-420min：開啟蓄電池低壓保護功能，打開車內應急照明燈、打開車外標志燈，切除車內負載；關閉蓄電池后僅保留BD負載工作：制動控制裝置（BD線負載）、蓄電池電壓表、司機室電話、車載無線電、外部照明、救援應急照明、配電柜照明、司機室照明、輔助空壓機負載。

4 結語

高速動車組發生高壓牽引故障后，輔助變流器無有效輸出，車輛自動進入蓄電池供電模式，在蓄電池技術無法滿足現有負載長時間工作的矛盾下，負載管理是目前最為有效的辦法之一。本文通過對中國標準動車組的負載控制邏輯進行更改，滿足90min緊急通風、120min緊急供電及后續6.25小時供電能力要求，實現關鍵負載的穩定運用，滿足動車組發生故障后實現有電救援，提升救援效率和旅客舒適性，滿足人們對美好出行的需要。