CA25B 型餐车3种电源供电装置并存设计的改进

唐明昌

（南宁铁路局柳州机车车辆厂，工程师，广西 柳州 545007）

为满足CA25B餐车既可编入集中又可编入非集中供电列车的需要，后期设计制造的CA25B型餐车的供电方式有3种，分别为集中式供电、柴油发电机组供电和轴驱式供电方式。由于现有3种电源供电装置的并存设计中，交流供电系统和直流供电系统相互独立，从而导致直流用电设备必须采用轴驱式供电，限制了餐车直流负载用电的选择范围。为扩大餐车3种电源供电装置并存时直流负载用电的选择范围，对CA25B型餐车3种电源供电装置并存时的直流供电提出了一种改进的设计方案。

1 原设计方案分析

原设计供电方式有3种，分别为集中式供电方式、柴油发电机组供电方式和轴驱式供电方式。集中式供电方式和柴油发电机组供电方式均提供AC380 V三相交流电源给空调机组等交流负载，轴驱式供电方式提供DC48 V直流电源给照明等直流负载。CA25B餐车原设计供电原理结构方框图，如图1所示。

图1中，上部虚线框内为AC380 V三相交流供电部分，下部虚线框内为DC48 V直流供电部分，上部虚线框与下部虚线框之间没有电路联系。

1.1集中供电集中供电装置包括发电车、车端电力连接器及车体配线。通过柴油发电机组控制柜内电源转换的控制，发电车提供的Ⅰ路和Ⅱ路AC380 V三相交流电通过车端电力连接器及车体配线，为餐车上的空调机组等交流用电设备供电。

图1 原设计供电原理结构方框图

1.2 柴油发电机组供电柴油发电机组供电装置包括柴油发电机组及其控制柜。通过控制柜的控制，柴油发电机组发出AC380 V三相交流电，为餐车上的空调机组等交流用电设备供电。

1.3 轴驱式供电轴驱式供电装置包括5 kW轴端发电机、5 kW整流充电柜、KP-2A控制箱。餐车运行时，通过KP-2A控制箱的控制，由5 kW轴端发电机发出AC44 V三相交流电经5 kW整流充电柜整流，给全车直流用电器提供DC48 V电源并对蓄电池充电；餐车停止运行时，由蓄电池为全车直流用电器提供电源。

1.4 原设计缺陷交直流供电系统相互独立是原设计方案中的固有缺陷。图1中，集中式供电方式及柴油发电机组供电方式均比轴驱式供电方式方便可靠。但由于交流供电系统和直流供电系统相互独立，照明灯具等直流用电设备的用电，只能采用轴驱式供电方式，而不能采用集中式供电或柴油发电机组供电方式。这种直流供电设计方案既限制了AC380 V三相交流电源的应用范围，又限制了DC48 V直流负载用电的选择范围。

2 改进方案

改进方案的总体设计思路是，利用集中供电装置和柴油发电机组供电装置供电可靠性较高的优势，新增一个可以利用原车上AC380 V三相交流电源的直流供电电源，并在直流供电方式上进行改进，优先使用新增直流电源，而将轴驱式供电电源作为后备电源使用。

2.1 新增直流电源新增的直流电源包括6 kW整流充电柜及与之配套的6 kW整流充电控制柜。新增直流电源后的供电原理结构方框图，如图2所示。

图2 新增直流电源后供电原理结构方框图

图2中，上部虚线框内为原有的交流供电部分，下部虚线框内为新增直流电源装置后的直流供电部分。上部虚线框与下部虚线框之间通过新增的6 kW整流充电控制柜联系。

2.1.1 6 kW整流充电柜 6 kW整流充电柜输入为车上AC380 V三相交流电源，输出为DC48 V直流电源，功能上完全可以代替轴驱式供电电源装置。

2.1.2 6 kW整流充电控制柜 增加一个6 kW整流充电控制柜，以对新增6 kW整流充电柜进行输入输出电源的控制，并保证2套直流供电电源的协调运行。为减少对原设计的改动，将所有辅助电路也设计在新增6 kW整流充电控制柜内。

2.2 直流供电改进为达到优先使用新增直流电源，并将轴驱式供电电源作为后备电源使用的设计要求，必须实现2套直流供电电源的统一输出、电源选择、工作互锁3项功能。为此而设计的6 kW整流充电控制柜电气原理图，如图3所示。

图3 新增6 kW整流充电控制柜电气原理图

图3中，虚线框内为6 kW整流充电控制柜电气原理图，虚线框外表示了6 kW整流充电控制柜与外部设备的电气关系。

2.2.1 实现统一输出 将新增直流电源的外部特性设计成与原有的轴驱式供电装置相同，既可以提供直流电源又可以给蓄电池充电。不同之处在于5 kW整流充电柜需通过KP-2A控制箱的控制，才能实现对蓄电池的恒流限压充电。而6 kW整流充电柜设计时就带有对蓄电池的恒流限压充电功能，可以单独工作。为实现2套功能相似的直流电源的输出统一，将6 kW整流充电柜输出端D6+与D+直接连接，5kW整流充电柜输出端D5+通过KM2常闭主触头与D+连接，如图3所示。

2.2.2 直流电源选择 图3中，转换开关SA1有3个档位，分别为外机充电位（6 kW整流充电柜工作）、本机充电位（5 kW整流充电柜工作）及零位。在有交流电源的情况下，手动转换开关SA1置于外机充电位，优先选择6 kW整流充电柜为全车提供直流电源并为蓄电池充电；在无交流电源的情况下，手动转换开关SA1置于本机充电位，选择原有的轴驱式供电方式。

2.2.3 直流电源互锁 由于6 kW整流充电柜与5 kW整流充电柜2套装置采用并联设计，都可以给全车直流用电器提供电源及给蓄电池充电。因此，必须保证6 kW整流充电柜与5 kW整流充电柜工作的互锁，即当6 kW整流充电柜工作时，锁定5 kW轴端发电机，使它不能发电及5 kW整流充电柜不能输出；当5 kW整流充电柜工作时，锁定6 kW整流充电柜，使其不能得电工作。

3 试验情况

为验证改造方案的各项设计功能，在客车进行通电试验时，必须试验3种供电工况下2套整流充电电源的工作情况。

3.1 供电试验工况

3.1.1 集中供电 当发电车集中供电时，餐车优先选择集中供电工况。此时，如图2中，通过柴油发电机组控制柜的选择，车上的交流用电设备选用I路电源（或Ⅱ路电源）供电，柴油发电机组停止工作；在图3中，6 kW整流充电控制箱选择交流供电，6 kW整流充电柜为车上直流电器供电并对蓄电池充电。在此工况下，轴驱式供电装置中的5 kW轴端发电机未发电，5 kW整流充电柜的输出已断开。

3.1.2 柴油发电机组供电 当餐车工作在柴油发电机组供电工况时，如图2中，通过柴油发电机组控制柜的选择，车上的交流用电设备通过柴油发电机组供电；在图3中，6 kW整流充电控制箱选择交流供电，6 kW整流充电柜为车上直流电器供电并对蓄电池充电。在此工况下，轴驱式供电装置中的5 kW轴端发电机未发电，5 kW整流充电柜的输出已断开。

3.1.3 轴驱式供电 当餐车工作在轴驱式供电工况时，如图2中，空调机组等交流用电设备停止工作；在图3中，因无交流电源6 kW整流充电柜停止工作。在此工况下，在餐车运行时，轴驱式供电装置中的5 kW轴端发电机正常发电，5 kW整流充电柜正常输出。

3.2 直流电源试验工况

3.2.1 6 kW整流充电柜 当有交流电源时，试验人员优先选用6 kW整流充电柜工作。此时，在图3中，闭合空气开关Q1，转换开关SA1选择外机充电档位后，5 kW整流充电柜工作指示灯HL2灭，6 kW整流充电柜工作指示灯HL1亮，交流接触器KM1动作，KM1常开主触头闭合，6 kW整流充电柜得电工作；常开辅助触头KM1-1闭合，直流接触器KM2线圈得电动作，常闭主触头KM2断开，5 kW整流充电柜输出断开；常闭辅助触头KM1-2断开，5 kW轴端发电机的励磁回路J1J3断开，5 kW轴端发电机未发电。

3.2.2 5 kW整流充电柜 当无交流电源时，试验人员选用原有的轴驱式供电方式，即5 kW整流充电柜工作。此时，在图3中，断开空气开关Q1，转换开关SA1选择本机充电档位后，5 kW整流充电柜工作指示灯HL2亮，6 kW整流充电柜工作指示灯HL1灭，交流接触器KM1未动作，KM1常开主触头断开，6 kW整流充电柜停止工作；常闭辅助触头KM1-2闭合，5 kW轴端发电机正常发电，常开辅助触头KM1-1断开，直流接触器KM2未动作，常闭主触头KM2闭合，5 kW整流充电柜正常输出。

4 结束语

该改进方案通过新增直流电源，建立了交流供电系统和直流供电系统之间的联系，弥补了交直流供电系统相互独立的设计缺陷。通过对新增直流电源的利用，实现了采用AC380 V三相交流电源，给全车DC48 V直流电器供电及对蓄电池充电的目的，扩大了直流负载用电的选择范围。该方案保留了原有的供电系统配置，基本不改变原车结构和配线布置，改造及维护方便，使用简单。按该方案改造后的CA25B型餐车，通过2年的使用，供电正确可靠，未出现任何故障，改进效果完全达到了预期要求。