动车组辅助供电系统在线监测的一体化设计

赵延堂

摘要：近年来，我国经济水平的快速发展，同时也推动了铁路行业的进程。辅助供电系统是高速里列车组中重要的组成部分，在其中有着重要的作用。文章主要是从高速铁路动车组辅助供电系统的构成以及主要功能出发，全面的考虑到了其的应急供电以及扩展供电等的主要设计，望能为有关从业人员提供到一定的参考和帮助。

关键字：动车组；辅助供电系统；冗余设计

1 系统构成

辅助供电系统为列车各辅助风机、空调、电伴热、旅客娱乐信息系统、列控设备、控制电路等提供电源。辅助供电系统包括变压器３次绕组、辅助电源装置（ＡＰＵ）、辅助整流器和蓄电池。动车组辅助供电系统（简称系统）包括交流电源系统与直流电源系统。交流电源系统由牵引变压器辅助绕组、辅助电源装置、辅助风机、单相变压器等设备组成；直流电源系统由辅助整流装置、蓄电池（ＢＡＴ）组成。辅助整流装置与单相变压器集成在辅助整流器（ＡＲＦ）箱中。整车牵引变压器、牵引变压器辅助绕组分别为２个辅助单元提供电源。动车组设置相应数量的蓄电池并联为车辆直流设备供电。

2 系统功能设计

系统主要功能是为列车正常运行所需的辅助负载和控制电路提供电源。直流电源系统还应向应急系统供电。蓄电池容量应能确保在任何条件下都能够升起受电弓。蓄电池控制电路中设置了欠压检测继电器，当蓄电池输出电压低于门槛值时，欠压检测继电器动作使蓄电池放电回路断路器自动断开，切断蓄电池放电电路。直接由蓄电池供电的负载功率很小，重新接入蓄电池回路时，不会造成电池输出的振荡。辅助供电系统为列车客室插座供电，使乘客可以使用ＡＣ２２０Ｖ电源。动车组客室内设置可供乘客使用的电源插座，插座由ＤＣ１１０Ｖ经过安装在每节车的逆变电源逆变出的ＡＣ２２０Ｖ供电，这样过分相时客室插座不断电。为了保障乘客安全用电，在插座前端设置带漏电保护的断路器，漏电监测电流值为３０ｍＡ。

2.1 实现过程

牵引变压器辅助绕组为整个辅助供电系统提供输入电量。牵引系统是由变压器的牵引绕组提供电能， 变压器的牵引绕组和辅助绕组是独立的，牵引设备的故障不会影响到辅助系统的可用性。设置接触器将２个单元的变压器辅助绕组的输出分断为两部分，避免了不同单相ＡＣ４００Ｖ交流电源的平行输出； 设置扩展供电用接触器（ＢＫＫ）将ＡＰＵｌ和ＡＰＵ２的输出分断为两部分，避免了不同三相ＡＣ３８０Ｖ交流电源的平行输出。牵引变压器辅助绕组输出的单ＸＢＡＣ４００Ｖ电压通过辅助电源装置变换成３丰ＢＡＣ３８０Ｖ电源，给各辅助风机、辅助整流装置供电：空调和换气装置直接由牵引变压器辅助绕组输出的单ＸＢＡＣ４００Ｖ供电。直流电源系统通过辅助整流装置将３ＸＢＡＣ３８０Ｖ整流成ＤＣ１１０Ｖ电源，给蓄电池、车厢照明、广播影视系统及控制系统等供电，ＤＣ１１０Ｖ经单相逆变电源转换成ＡＣ２２０Ｖ向客室插座供电。集成在辅助整流器箱中的单相变压器将３ｔＢＡＣ３８０Ｖ变压成ＡＣ２２０Ｖ／５０ＨＺ，向电加热类负载供电。动车组设置了相应数量的蓄电池并联为车辆直流设备供电，蓄电池在列车启动时为辅助空压机供电，并在应急情况下为车辆应急设备供电。在列车运行过程中，有车辆电路为蓄电池进行浮充电。

2.2 扩展供电

辅助供电系统由２个互相独立的变压器辅助绕组供电，任意一个辅助绕组的单个损坏不会造成所有车厢无辅助电源，而且可在辅助单元之间进行扩展供电。辅助供电系统扩展供电时，单元１与单元２２：间能互相扩展，当单元１的牵引变压器故障时，可以通过切除故障单元后投入接触器的方式，由单元２的牵引变压器３次绕组进行扩展供电，扩展后空调功率减半使用。当ＡＰＵｌ或ＡＰＵ２发生故障时，牵引变压器油泵、牵引变压器风机、牵引变流器风机、牵引电机风机外的辅助负载通过投入辅助电源装置ＢＫＫ的方式，由ＡＰＵ２或ＡＰＵｌ提供电源：ＡＰＵ扩展供电时，不需要减载。

2.3 蓄电池应急供电

动车组设置了 相应数量的蓄电池并联为车辆直流设备供电。当外部供电终止时，蓄电池可以维持应急通风设备工作３０ｍｉｎ以上，并能够向车厢内照明、广播装置、前后车外标识灯等应急设备提供２ｈ以上的供电。

2.4 外接电源

动车组设置３｝ＩＡＣ３８０Ｖ库用电源插座，连接至ＩＡＰＵ的输出母线上，可以给各车风机供电，并通过辅助整流装置给蓄电池供电。外接电源与车辆电源之间是互锁的。车辆设置了带专用锁闭装置的外接电源连接器箱，只有在列车高压接地开关接地并且受电弓气路被切断的情况下，才能打开外接电源连接器箱，确保列车无法从接触网受电时才可使用外接电源，避免了不同电源的混接。

3 与其他系统/子系统的接口

3.1 与车辆信息控制装置接口

在列车信息控制系统和辅助电源装置之间设置通信接口，通过网络传输、硬连线将辅助电源装置的相关信息传送到车辆信息控制装置，并在车辆信息显示器上显示。（１）网络传输。辅助电源装置通过网络传输线与车辆信息控制装置相连，将ＡＰＵ的输入电压、输出电压等信息显示在车辆信息显示器上，监测电压变化。（２）模拟量信息。通过硬连线将单相变压器的输出电压（ＡＣ２２０Ｖ）模拟量信息传输给车辆信息控制装置，同时在车辆信息显示器上显示电压值，监测电压变化。通过硬连线将蓄电池电压（ＤＣ１１０Ｖ）模拟量信息传输给车辆信息控制装置，同时在车辆信息显示器上显示电压值，监测电压变化。（３）开关量信息。通过硬连线将ＡＰＵ故障、ＡＰＵ风扇故障、ＡＰＵ＝次侧切除（只显示不报警）、ＡＰＵ故障报警切除、ＡＰＵ输入侧过电压等信息显示在车辆信息显示器上并报警；通过硬连线将ＢＫＫ扩展状态反馈给车辆信息控制装置，并显示在车辆信息显示器上，监测ＡＰＵ的扩展供电状态，然后根据监测到的信息在车辆信息显示器上手动闭合／断开ＢＫＫ：通过硬连线将蓄电池的电压显示在车辆信息显示器上，监测蓄电池电压的变化。

3.2 与地面电源接口

在无架空接触线电源的情况下，可以由地面提供３相ＡＣ３８０Ｖ、５０ＨＺ电源为列车部分设备供电。为此动车组设置了３＃ＩＩＡＣ３８０ｖｔｌ，接电源连接器插座，使外部电源可以连接到列车３ＪＡＩＡＣ３８０Ｖ母线上。

4 系统供电容量计算

为验证辅助供电系统容量设计的合理性，需要进行相关的供电容量计算、蓄电池应急容量计算。假设各供电设备额定容量为：每个辅助绕组（单＃ＢＡＧ４００Ｖ）容量５００ｋＶ・Ａ；整车辅助系统额定总容量１０００ｋＶ・Ａ；ＡＰＵｌ／２容量为１８０ｋＶ・Ａ。交流系统容量计算如下：（１）正常工况时，ＡＰＵｌ、ＡＰＵ２的负载容量均为９３ｋＶ・Ａ，均小于相应的正常供电容量１８０ｋＶ・Ａ。（２）当ＡＰＵｌ或ＡＰＵ２故障时，ＡＰＵ２或ＡＰＵｌ将扩展供电，扩展后ＡＰＵｌ／２的最大容量为１２６ｋＶ・Ａ，小于ＡＰＵｌ／２的供电容量，即一个ＡＰＵ可以满足扩展供电时所有负载的供电需求。根据以上计算结果，ＡＰＵｌ／２在正常工况下和扩展时所需输出容量均小于额定容量。１单元ＡＲＦ内置的ＣＶＴ给１单元伴热和加热设备供电，负载为１５ｋＶ・Ａ：２单元ＡＲＦ内置的ＣＶＴ给２单元伴热和加热设备供电，负载１５ｋＶ・Ａ，均小于ＣＶＴ的容量２０ｋＶ・Ａ。

5 结语

由上可知，辅助供电系统的可靠安全性会直接影响到列车形式的稳定性能，动车组辅助供电系统方案能够实现到扩展供电等的冗余设计，同时可以依据详细的辅助容量计算验证可以得知该系统匹配的科学合理性。

参考文献:

[1]韩天锐.CRH380B高寒动车组辅助供电系统研究[J].郑州铁路职业技术学院学报,2020(1):14-16.