孟买地铁一号线早期车辆辅助变流器选型

熊 辉

（南车浦镇车辆有限公司，江苏 南京 210031）

1 引言

印度孟买地铁一号线项目是我公司第一个纯自主集成的整车地铁出口项目，也是我公司第一个市场性质的不锈钢车体项目，将为我公司开辟印度市场奠定基础，也将承担起我公司动车设计平台的建设重任。该项目前期车辆采用四编组形式，在两个带司机室和受电弓的拖车上各安装有一台三菱NC－ZFHT219 A辅助变流器，两台辅助逆变器为全车的辅助设备供电。

2 三菱NC－ZFHT219A辅助变流器

三菱 NC－ZFHT219A辅助变流器将从主变压器辅助绕组处获得的单相AC470 V电压变换成三相AC415 V电压，为空调、空气压缩机、冷却风机等辅助设备提供稳定的三相交流电源。其由输入电路、脉冲整流、直流回路、三相逆变、输出交流滤波电路、控制单元六部分组成。辅助变流器内部电路示意图参见图1。

图1 辅助变流器内部电路示意图

三菱SIV电气技术参数见表1。

表1 三菱SIV电气技术参数

3 孟买地铁一号线前期车辆辅助供电系统配电

孟买地铁一号线前期车辆编组和SIV的安装位置见图2。其中，DT车为带司机室和受电弓的拖车，M 车为动车，所选用的两台SIV分别安装于两台DT车的底架上。

图2 四编组列车和SIV安装示意图

辅助变流器负载包括三相交流负载和充电机负载，见图3。列车在正常运行时，辅助变流器只负责本单元的AC415 V负载供电，当一台辅助逆变器出现故障时，可以通过拓展供电接触器实现拓展供电，由正常运行的辅助变流器负责全列车中压供电，此时空调负载为半载状态（客室空调的两台机组，一台正常工作，一台只保持通风状态）。

图3 四编组车辆辅助变流器配电图

4 辅助变流器的容量计算和选型

4.1 孟买一号线四编组SIV容量计算

孟买一号线辅助变流器容量的计算条件为：①SIV功率因数为0.85，充电机效率为0.95；②辅助系统中低压负载和低压配电具体描述；③中低压AC415 V、AC240 V、DC110 V输出，在各自设备输出容量极限值与辅助系统总容量极限内根据实际负载情况，进行自动调整。

对于三相交流负载，因夏季负荷比较大（冬季时空调压缩机不工作），考虑负载均以夏季最恶劣工况进行，列车交流负载见表2。

表2 孟买一号线四编组车辆夏季交流负载

根据此工况下中压交流负载分配大小，计算所有交流负载之和为∑P有功为126.04 kW，∑Q无功为90.57 kVar。在正常情况下，可得两台SIV的功率为：

若其中的一台SIV出现故障，那么整列车中压负载都由正常的SIV供电，根据设计要求，此时除了通风机外所有客室空调负载功率都降为正常工作时的一半。根据此工况下中压交流负载分配大小，计算所有交流负载之和为∑P有功为147.60 kW，∑Q无功为109.45 kVar。假设辅助变流器SIV1发生故障，辅助变流器SIV2正常工作，那么SIV2的容量应至少满足：

四编组列车直流负载，见表3。

在进行充电机容量计算时，只考虑一台充电机发生故障的情况，此时由一台充电机为全列车的DC110 V直流负载供电。充电机负载包括：DC110 V直流负载，单相240 V负载和蓄电池负载。

由表3可得，DC110 V负载最大功率为19.31 kW，而所选蓄电池容量为160 AH（充电系数为0.2），蓄电池充电电流为160×0.2＝32 A，那么一组蓄电池的等效负载为32 A×110 V＝3.52 kW。

综上可得充电机DC110 V负载总容量为：19.31＋3.52＝22.83 kW。

在一台SIV故障时AC415 V负载容量最大，为183.75 kVA；充电机DC110 V负载容量为22.83 kW。那么SIV总容量应为：

4.2 过载能力校验

通过4.1节的计算可得，当一台SIV发生故障时，辅助变流器负载容量为204.85 kVA；而一台空压机和一台客室空调压缩机容量为22.08 kVA，剩余负载容量为182.77 kVA。

剩余负载电流为：182.77×1 000/415/1.732＝254.28 A。

空调压缩机启动电流为：106 A，3 s。

空气压缩机启动电流为：52 A，3 s（空气压缩机采用软启动，额定电流为13 A，启动电流为额定电流4 倍）。

总电流：254.28＋106＋52＝412.28 A。

SIV 瞬间启动容量为：412.28×415×1.732＝296.34 kVA。

三菱 SIV 的额定容量为 219 kVA，此时过载能力为：296.34/219＝135 %，而三菱SIV的过载能力为150 %，持续时间10 s，因此完全能够满足过载能力要求。

4.3 设计选型

三菱NC－ZFHT219A辅助变流器性能符合IEC 61287－1标准要求，同时也满足印度孟买当地环境的特殊要求，其额定功率和孟买地铁一号线四编组列车在各工况下的负载情况，见表4。

表4 三菱辅助变流器和四编组列车各工况下中低压负载功率情况对照

通过对比可得如下结论：四编组列1台SIV发生故障时，辅助变流器所需容量最大为204.85 kVA，SIV选用三菱成熟产品，额定容量为219 kVA，完全满足交直流负载容量和要求。

5 结束语

列车辅助逆变器具有很高的技术要求，包括在很大的电压波动范围内（－33.3 %～＋20 %）输出额定功率；在SIV的型式试验中要经受负载突变、网压突变、重复起动、过载能力等种种考验；要求具有较强的暂时过载能力，输出电压谐波畸变率要求少于10 %，而孟买客户用户要求小于8 %；对低压电源负载，SIV也要考虑到足够的冗余量。在孟买地铁一号线投入运营之后，相信三菱NC－ZFHT219A辅助变流器一定能够满足车辆的正常运行要求。