城際動車組高壓供電系統分析

莫海濤

摘 要：介紹了城際動車組的高壓供電系統組成及功能，對兩種高壓供電系統進行了對比分析，并提出了一種改進的高壓供電系統設計。

關鍵詞：城際動車組;高壓供電系統;牽引變壓器;真空斷路器

0 引言

2020年3月，中共中央政治局常務委員會召開會議提出，加快5G網絡、數據中心等新型基礎設施建設進度。新基建主要包括5G基站建設、特高壓、城際高速鐵路和城市軌道交通、新能源汽車充電樁、大數據中心、人工智能、工業互聯網七大領域，涉及諸多產業鏈。在城際鐵路領域，作為載客移動裝備的城際動車組是產業鏈中的重要一環。

1 城際動車組及高壓供電系統介紹

城際動車組具有“載客量大、快啟快停、快速運行、快速乘降、舒適性高、節能環保”等特點[1]。目前我國載客運營的城際動車組有多種車型，按速度等級分有160km/h和200km/h兩種，按編組形式分有八編組和四編組兩種。

城際動車組主要由車體、轉向架、高壓供電系統、牽引系統、輔助供電系統、網絡系統、制動系統和空調系統等組成[2]。高壓供電系統的功能就是將接觸網的高壓電引入牽引變壓器原邊繞組，然后將牽引變壓器副邊繞組接入牽引變流器為其供電，最終由牽引變流器為整列城際動車組提供牽引動力控制和輔助供電，因此高壓供電系統是城際動車組的關鍵系統之一。

2 城際動車組高壓供電系統組成及原理

2.1 組成

城際動車組高壓供電系統主要由受電弓、高壓隔離開關、保護接地開關、高壓電纜及電纜連接器、真空斷路器、牽引變壓器、避雷器、網壓互感器和電流互感器組成。

2.2 高壓供電系統拓撲結構及工作原理

以四編組城際動車組為例，高壓供電系統有兩種拓撲結構，以下分別叫高壓供電系統一和高壓供電系統二。

高壓供電系統一由兩臺受電弓、兩臺高壓隔離開關、兩臺保護接地開關、高壓電纜及電纜連接器、兩個真空斷路器、兩臺牽引變壓器、四臺避雷器、兩臺網壓互感器和六臺電流互感器組成，高壓供電系統一拓撲結構圖如下。

工作原理：高壓供電系統一正常工作時，需升一架受電弓，閉合該受電弓附近的高壓隔離開關，閉合全列兩個真空斷路器。以升2車受電弓為例，接觸網25kV交流電經2車受電弓、高壓隔離開關引至全列貫通的高壓電纜及電纜連接器，再分別經過1、4車的真空斷路器，接入1、4車的牽引變壓器原邊繞組，這樣1、4車牽引變壓器有了高壓電就可以正常工作了。

高壓供電系統二由兩臺受電弓、兩臺高壓隔離開關、兩臺保護接地開關、高壓電纜及電纜連接器、兩個真空斷路器、一臺牽引變壓器、3臺避雷器、兩個網壓互感器、兩個電流互感器組成，高壓供電系統二拓撲結構圖如下。

工作原理：高壓供電系統二正常工作時，需升一架受電弓，閉合本車的真空斷路器和高壓隔離開關。以升2車受電弓為例，接觸網25kV交流電經2車受電弓、真空斷路器、高壓隔離開關，接入2車的牽引變壓器原邊繞組，這樣2車牽引變壓器有了高壓電就可以正常工作了。

2.3 高壓供電系統一、二對比分析

從高壓供電系統一、二拓撲結構圖可以看出，高壓供電系統一較高壓供電系統二最主要的差別是多了一臺牽引變壓器，正常工作時需閉合兩個真空斷路器，從而使兩臺牽引變壓器正常工作。

高壓供電系統一的優點是有兩臺牽引變壓器獨立工作，牽引變壓器有冗余設計，當一臺牽引變壓器因散熱部件的風機、油泵故障或控制回路的繼電器、接觸器動作異常等原因導致該牽引變壓器無法工作時，另一臺牽引變壓器仍可正常工作，維持城際動車組運行。但是，由于高壓供電系統一正常工作時，兩個真空斷路器均需閉合，使得真空斷路器閉合、斷開的動作頻率相對提高，動作次數相對增加。真空斷路器的閉合、斷開動作，會在真空斷路器附近產生較大的振動沖擊，從而對真空斷路器服役壽命造成影響。因此高壓供電系統一的缺點就是真空斷路器動作次相對多，影響真空斷路器的壽命。

3. 高壓供電系統設計改進

綜合高壓供電系統一和高壓供電系統二各自的優點，對高壓供電系統進行改進設計。在保持高壓供電系統一兩臺牽引變壓器的基礎，調整真空斷路器、高壓隔離開關、保護接地開關在系統中的位置，改進的高壓供電系統拓撲結構圖如下。

改進的高壓供電系統在正常工作時，需升起一架受電弓，閉合本車真空斷路器和全列兩臺高壓隔離開關，這樣就可以讓兩臺牽引變壓器正常工作。改進的高壓供電系統保證了牽引變壓器的冗余設計，相對減少了真空斷路器的動作次數，同時在高壓供電系統回路中任一點出現接地故障時，可相應通過換弓、切除高壓隔離開關對接地點進行隔離，保證至少有一臺牽引變壓器可以正常工作，維持城際動車組的運行。

4. 總結

高壓供電系統一牽引變壓器有冗余設計，但真空斷路器動作次數相對增加，影響真空斷路器服役壽命;高壓供電系統二可減少真空斷路器動作次數，相對延長真空斷路器壽命，但牽引變壓器無冗余設計，高壓供電系統在牽引變壓器故障時無法繼續工作。改進的高壓供電系統減少了真空斷路器的動作次數，提高了牽引變壓器的冗余設計，同時在系統回路中出現接地故障時可有效隔離接地點，保證高壓供電系統繼續工作。

參考文獻：

[1]齊延輝，趙長龍.城際動車組發展趨勢研究[J].機車電傳動，2019，（06）：1-4

[2]何丹爐，梁君海，丁叁叁.CRH6F型城際動車組研制[J].鐵道車輛.2014（12）