复兴号动车组低压负载管理的研究分析

徐海涛

中国铁路北京局集团公司北京动车段 北京 100165

近年来，随着国家“八横八纵”铁路网的不断完善及“一带一路”战略的快速实施，旅客对出行要求日益提高，同时现有铁路线路的运能日益趋于满负荷甚至过负荷运行，安全运行成为轨道交通运行的首要原则和任务。虽然牵引供电的安全性和可靠性得到了足够重视，但仍不可避免地因供电系统故障、弓网故障、偶发因素、自然灾害等引起城轨车辆供电短时中断或长时间瘫痪。这将造成整条线路的停运，导致区间疏散。特别是对于隧道运行的区段，易引起恐慌，诱发次生灾害。同时铁路系统封闭性较高，救援难度较大，救援时间相对较长。当发生突发断电事件后，高速动车组处于密封环境，车内空气质量逐步恶化，当车内照明完全中断后容易引发乘客的惊慌焦虑情绪。在紧急情况下保障必要的客室通风、照明、通信畅通、正常开关门，就可以减轻旅客的焦躁情绪，降低救援难度[1]。

1 辅助系统

辅助系统作为现在高速动车组的重要组成部分之一，分为辅助变流器、充电器、蓄电池等关键部件。牵引辅助系统为列车上的许多设备供电，保障列车正常运行、旅客乘车的必要需求以及舒适度保障：空调系统、主供风系统、冷却系统、低压供电等关键系统[2]。辅助系统工作状态的稳定性直接影响到高速动车组的运行情况。

1.1 辅助变流器

辅助变流器装置安装在箱体中。辅助变流器箱中装有功率半导体、开关装置、保险丝、控制系统组件、冷却系统组件和电感组件。辅助变流器装置通过强制风冷系统冷却。辅助变流器装置包括脉宽调制逆变器，它根据脉宽调制（PWM）原理工作。高开关频率将输入端和输出端的电流谐波降到最低。辅助变流器装置的输入端连接至变流器中间直流环节。

1.2 充电机

车辆中充电机设计为冗余系统，在一台充电机出现故障后，仍能保持动车组低压输出，保证动车组运行稳定。高速动车组中装有两个单独的电池充电机，每台电池充电机与一组蓄电池连接，构成独立的低压供电系统。两组独立的蓄电池和电池充电机向全列车的110 V DC母线供电，该系统确保在任一电池充电器故障或电池故障时向110V DC负载提供冗余电源。

2 辅助工作原理

2.1 低压供电

中国标准动车组低压系统采用DC110V并联母线供电，母线共分为三路：BN1（常规电池），BN2（常规冗余供电）和BD（直连电池母线供电）。

（1）BD母线由直连蓄电池供电，负载包括：蓄电池启动设备，蓄电池电压监控设备，停放制动安全环路，列车无线电（设有开关）、信号灯、应急照明、应急通风等重要负载。

（2）BN1和BN2为同等级供电母线，BN1辅助包括CCU1控制电源，各系统控制电源及继电器等用电负载，BN2负载包括 CCU2控制电源、各系统冗余部分负载电源等用电负载。

2.2 无火回送供电

当回送速度大于55km/h时启动无火回送模式，牵引变流器增设逆变模块，转入回送模式时，速度小于35km/h时退出回送模式。无火回送时能量从蓄电池经过回送发电使电源升压，进入中间直流环节，重新建立牵引电机励磁磁场。当电机建立励磁磁场后，关闭回送发电电源，牵引逆变器工作处于整流工作状态，将控制牵引电机的转矩电流整流成中间直流电压恒定。牵引电机工作在电制状态，将机械能转化为电能，为辅助变流器提供电源。

3 低压负载管理

当动车组突发断电故障后，为保障旅客的情绪稳定，保证动车组顺利救援。动车组立即进入负载管理模式：

（1）0-2min：蓄电池开关处于ON位，司机、机械师无需操作；车辆所有直流负载保持正常工作状态；

（2）3-30min：蓄电池开关处于ON位，司机、机械师无需操作；车辆发出指令切除车内外信息显示器、撒砂控制单元、开水炉控制单元、无线上网系统、座位号灯、座位信息显示器、座位信息显示系统主机、VIP座椅控制电源、半主动控制装置主机、客室内外端门、机械钩加热、电钩加热、客室正常照明（保留1/3应急照明）、娱乐系统主机及设备、客室插座、电视负载。

（3）31-90min：蓄电池开关处于ON位，司机根据弹屏提示手动断开ATP、DMS、EOAS、LKJ设备供电；在阶段2基础上，TCMS发出指令切除牵引控制单元、制动控制装置（BN线负载）、视频监控服务器、给水卫生、厕所有无人显示、禁烟标识、风笛电磁阀、自动过分相装置、电能监控系统、受电弓视频监控、轴温主机、稳定性主机负载。

（4）120-420min：开启蓄电池低压保护功能，打开车内应急照明灯、打开车外标志灯，切除车内负载；关闭蓄电池后仅保留BD负载工作：制动控制装置（BD线负载）、蓄电池电压表、司机室电话、车载无线电、外部照明、救援应急照明、配电柜照明、司机室照明、辅助空压机负载。

4 结语

高速动车组发生高压牵引故障后，辅助变流器无有效输出，车辆自动进入蓄电池供电模式，在蓄电池技术无法满足现有负载长时间工作的矛盾下，负载管理是目前最为有效的办法之一。本文通过对中国标准动车组的负载控制逻辑进行更改，满足90min紧急通风、120min紧急供电及后续6.25小时供电能力要求，实现关键负载的稳定运用，满足动车组发生故障后实现有电救援，提升救援效率和旅客舒适性，满足人们对美好出行的需要。