标准动车组辅助供电系统浅析

刘剑 韩东宁 刘利国 于明远

摘要：本文分别通过对标准动车组辅助系统的工作原理及基本结构进行介绍，为路局司机和地面维护人员提供理论参考，对车辆有一个直观的了解和认识。

关键词：标准化动车组;辅助系统;辅助变流器;充电机;蓄电池;

0 引言

标准化动车组在出厂前虽然狀态良好，但在实际运用中还是免不了出现一些问题。尤其辅助系统是否能够正常工作，对于车辆的正常运营非常关键，如果想在日常的运用维护中认真解决辅助系统故障、预防辅助系统可能出现的各类问题，那么就必须对辅助系统在车辆上的结构及工作原理有一个全面的认识。

一、系统概述

辅助供电系统采用辅助变流器输出端全列串联形成全列贯通线为车上中压辅助供电的方式，辅助变流器电源由牵引变流器的中间直流环节提供。辅助变流器将来自牵引变流器中间直流电转换成三相交流电为辅助系统供电。在动车组过分相区时且速度大于 70km/h 的情况下牵引电机转变为发电机通过牵引变流器中间电路将牵引电机发出的电供给辅助系使辅助系统始终有三相交流电的输出，保证车辆在过分相区时车辆上一直有中压电，避免中压负载比如空调系统的反复启动，提高旅客乘车的舒适性。动车组在无火回送且车辆速度大于或等于70km/h的情况下，辅助系统仍然也能够向中压负载系统供电，车辆速度速度低于 50km/h 时牵引电机退出发电模式。辅助供电低压系统电源由3AC380V/50Hz供电全列贯通线提供，通过充电机将三相交流电转换为DC110V电，实现贯通线全列供电，为蓄电池组充电，同时也为低压直流设备提供电源。

二、系统组成

辅助供电系统由辅助变流器、充电机和蓄电池、应急逆变器等组成。

辅助变流器通过供电母线向整列动车组输出同相位 3AC380V 50Hz 电源，供电母线贯穿整列车。8 辆编组的动车组设 4 台辅助变流器，分别设在 TC01、TC08 车、TP03、TP06 车上，正常情况下，所有的辅助变流器同时向母线输出同相3AC380V 50Hz电源，实现全列供电。车辆无高压的情况下地面三相交流AC380V/50Hz 电源也可以为车上中压负载供电。动车组中压电源由外部电源插头供电时，必须将车上外部供电开关打致外部供电位，通过低压控制电路保证受电弓无法升弓。辅助变流器、充电机和蓄电池故障事件可通过 MVB 或以太网总线传送到 CCU中央控制单元，并显示在司机台监控屏上，提示司机或调试人员。每个设备控制单元可以通过本地的 RS232 端口读取本身的故障数据。动车组在 TC01、TC08 车分别配置了两台充电机和两组蓄电池组，充电机通过 3AC380V/50Hz全列贯通线获得电源，经充电机内部交流变直流的整流后为蓄电池和DC110V系统负载供电。DC110V母线贯穿整列动车组。在每节车上设有一台逆变器，由 DC110V 系统供电逆变输出 AC220V 50Hz 电源提供给旅客插座，该电源仅供单节车使用，不贯穿整列车。每车设一台AC220V/50Hz变压器，供单车低功率加热设备使用。

1、辅助变流器组成

辅助变流器箱体安装在 TC01、TP03、TP06、TC08 车底架中部裙板内部。辅助变流器箱内设有大功率 IGBT，开关装置，保险丝，控制部件、感应元件、冷却系统部件以及冷却系统部件，辅助变流器采用强迫风冷、脉宽调制（PWMI）原理。输入端与牵引变流器中间环节连接。辅助变流器由 ACU 控制器，脉宽调制逆变器的控制系统对其进行控制和诊断，装置配备 RS232 接口、以太网服务接口以及 MVB 总线接口。

1.1辅助变流器的外接电源插座

在 TP03、TP06  车辅助变流器上各设一个为三相AC380V/50Hz 母线供电的外接电源插座。当外接电源供电时，其输出仅限于在 TP03、TP06 车辅助变流器的外接电插中的一个，此时受电弓不能升起，与列车高压电源隔离。外接电源为以下负载提供电源：充电机、采暖和空调系统、其它 AC380V 负载。插座最大容量为 300A。外接电源插头采用车站及车辆段具有的成熟产品。

2.充电机

2.1充电机组成

充电机主要由两个功率模块 PM1、PM2 组成，充电机的两个功率模块分别给一组蓄电池充电，同时为全列车上DC110V低压负载供电。辅助变流器输出的三相交流电作为充电机动力电源，在每个功率模块内部经过不控整流、直流滤波得到直流电，再经过移相全桥 DC/DC 变换输出可控的 DC110V 直流电。功率模块检测到输入三相交流电符合充电机启动条件后，闭合预充电接触器，当直流支撑电容电压达到预定电压值时闭合主接触器，后级移相全桥 DC/DC 变换电路开始工作，直流电经过全桥逆变变为交流电，通过变压器传递到变压器副边，副边交流电经过全波整流后变为脉动的直流电，在经过 LC 滤波输出稳定的直流电压，充电机采用强迫风冷，每个功率模块设有一个永久的接地故障检测装置。

3.蓄电池

3.1蓄电池原理

针对中国标准化动车组 DC110V 需电池供电系统，设计一套锂离子电池系统，在保证系统应急供电功能的基础上，解决蓄电池组的轻量化、无污染、长寿命等多方面问题。列车电池系统设计采用冗余设计方式，安装在 TC01、TC08 车车下裙板内，与充电机输出连接，向全车 DC110V 应急负载供电。按照 8 辆编组的动车组计算，每列车共 4 组蓄电池，电池组额定电压为 DC110V。针对整车对电池系统的需求，设计锂离子电池系统，包括电池组、电池管理系统以及电池保护接触器，与镍镉蓄电池组相比，锂离子电池系统增加了电池管理系统（BMS）、极限保护接触器以及 RS485 通讯总线，主要实现对电池组的数据监控以及严重过充过放电条件下的保护，在保证系统供电的同时确保电池的安全使用。

三、结论

辅助系统主要为车辆提供DC110V直流电和AC220V/AC380V交流电，只有辅助系统能够正常工作，车辆的控制系统、信号系统、检测系统、车辆冷却系统以及娱乐设备等用电设备才能正常工作。所以为了保障辅助系统正常工作，在日常的运用维护中如果想提前预防辅助系统可能出现的各类问题以及出现辅助系统故障后快速的解决，那么就必须对辅助系统在车辆上的结构及工作原理有一个全面的认识。只有这样才能防患于未然。

（作者单位：长春轨道客车股份有限公司）