AC380V列车供电系统

胡鹏飞

摘要：本文通过负荷分级及供电要求、应急供电系统、电源及供电装置以及客车电气综合控制柜温温度在线技术研究理论依据四个方面进行AC 380V列车供电系统分析。

关键词：AC 380V；列车；供电系统

引言：

三相交流380V/50Hz是当下铁路上主流的空调列车供电系统，为列车上各种电器提供电源，AC 380V是1985～1989年期间我国铁路列车开始大规模普及空调装置时，基于当时我国的铁路技术水平现状而使用。在列车的供电系统中除了AC 380V供电系统还有一种由客运电力机车集中供电的DC600V供电系统，DC600V供电系统第一次在在快速列车上使用是在20世纪90年代某，在本世纪除铁路大列车规模提速后得以大范围使用。DC600V供电系统不同于AC 380V列车供电系统，它是在静止变流器供电方式已经成熟的前提下应用的。采用了DC600V供电系统以后，各类列车产生了非常突出的社会和经济效益。现阶段，我国任然还有数量非常庞大的采用AC 380V供电系统的列车。具有关数据显示，全国范围内，存在4750辆AC380V供电列车。

一、新型AC 380V列车供电系统

380V列车供电系统主要由AC380V供电电源装置、电力连接器、供电母线、客车电气综合控制柜、应急供电系统等组成[1]。传统的依靠大功率柴油发电机组供电AC380V列车与当前形势发展的相符合，而传统的AC380V列车升级为DC600V列车需要将三相逆变器、单相逆变器、充电机等构件设备加进，这样不仅成本投入大、而且改装也需要很长的时间[2]。因此，能够直接向列车提供三相交流380V供电电源的新型AC380V列车供电装置的研发迫不及待，研发需要基于列车的负载进行。

1.负荷分级及供电要求

电力负荷应按照对供电可靠性的要求及中断供在列车运行经济上所造成损失或影响的程度进行分级。中断供电将造成人身伤亡时为一级负荷，重大设备损坏，列车运行过程被打乱，需要长时间才能恢复为一级负荷，中断供电将影响重要用电单位的正常工作，应为二级负荷。

2.应急供电系统

应急电源与正常电源之间需要采取避免并列运行的措施，负荷的用电单位宜接入地区低压电网，在用电单位内部邻近的变电所之间宜设置低压联络线；据负荷的容量和分布，配变电所宜靠近负荷中心；供配电系统的设计，除一级负荷中尤其重要负荷外，不宜根据一个电源系统检修或故障的并且另一电源又发生故障进行设计[3]。蓄电池作为列车供电系统应急电源，独立于正常电源的发电机组作为列车供电系统应急电源，干电池可作为列车供电系统应急电源。急供电电源（蓄电池组）电压等级为DC48V[4]。

3.电源及供电装置

客车电气综合控制柜是AC 380V列车供电系统成套设备，内部结构复杂用于控制和保护发电机、变压器以以及电流电动机，以及接受、分配网络电能、控制、监控检测用电设备。其内部结构包括断路器室、母线室、电缆室、仪表室、母线、静触头盒、断路器、接地开关、电流互感器、电容分压器。根据作用可以分为馈线高客车电气综合控制柜、电能计量柜、电压互感柜等。开关柜的具体使用应满足规定的小于1000米的海拔高度，小于平均值90%的相对湿度、以及符合温度在10～40摄氏度之间，除此以外，小于2.2x10-3MPa气压值，小于8级的地震烈度，无火灾、化学腐蚀、爆炸危险的场所[5]。

二、客车电气综合控制柜温温度在线技术研究理论依据

客车电气综合控制柜主需要完成输入母线选择、负载分配等功能。进行客车电气综合控制柜温度监控检测当中，因为高压绝缘与强电磁噪声因素，为确保信号的高校传输，务必要在监控检测设备与客车电气综合控制柜实行电压隔离。为解决这种问题，通常情况下，采用光纤测温与红外线发射测温。红外线发射测温还是有其弊端的，它容易受到高压开关磁场影响，只能测试客车电气综合控制柜表面温度，无法精准监测其运行的实际温度，从而导致设备超负荷运行。光纤测温是用于客车电气综合控制柜设备内部温度的监测，也可用于发电机和变压器，是针对开关柜内核心部位的实时在线温度监空测量。首先需要传热学、电磁学的内容知识来定义定义温度场的因素和计算。来为高压开关触头温度和电磁场的分析计算，提供理论依据，然后把电磁学数值计算方法和数值传热学有效融合。

在进行设备内部温度在线技术研究时，首先建立设备内部的传热分析模型，其中包括详细的考虑电流流过设备内部的产生的热损耗，热分析时不仅考虑接触部分的内部传到散热、还要考虑到辐射和对流的因素，以及注意到设备内部表面。其次，在热源的计算中，详细考虑到接触电阻全面性以及接触电阻的影响，并且注意电流、电流密度、功率损耗、接触处的温度之间的关系变化。工程应用中的电接触按工作方式可以分为滑动接触、固定接触和可分可合三种方式。另外，再根据傅里叶导热定律进行详细的热传导理论分析和表面散热理论分析。在进行设备内部温度场的数值方针分析当中只需要建立2D轴对称模型对其有限元分析计算。在建立几何模型当中，有效运用COMSOL软件，首先选择模型的空间维度，依据触头结构特点选择轴对称，最后，在应用模式下选择模型对应的模块，然后点击确定，进入几何建模界面，需要注意在几何建模中，考虑到设备内部组建的对称性，采取组建的纵剖面。然后设定设备内部组建模型的各个部分的物性参数求解物理场的PDE，然后，在传导介质的传热两个模块中为触头几何模型添加边界，并进行网格划分，并设置求解器的参数，然后利求解器进行求解计算，并得出计算结果，得到了额定电流情况下，设备内部的温度场分布，得出设备内部温度监控的最佳点。

三、结语

综上所述，三相交流380V/50Hz是当下铁路上主流的空调列车供电系统，为列车上各种电器提供电源，AC 380V是1985～1989年期间我国铁路列车开始大规模普及空调装置时，基于当时我国的铁路技术水平现状而使用。

参考文献：

[1]王威，郝凤荣，陶红杰，等.和谐型交流传动电力机车AC380V列车供电系统研究[J].铁道机车车辆，2018，38（5）：49-50，72.

[2]杨涛.AC 380V列车供电系统[J].电气技术，2016，（9）：101-103，106.

[3]邹士涛，蔡利军.SS9电力机车AC 380V列车供电系统技术特点[J].电气技术，2016，（9）：114-117.

[4]李敏.列车DC600V三相逆变电源研究[D].四川：西南交通大学，2007.

[5]徐小鹏.DC600V列车供电辅助电源系统研制与开发[D].湖南：湖南大学，2015.

[5]江靖，張凯.DC600V/AC380V兼容供电客车电气系统设计[J].四机科技，1998，000（004）：11-15.