基于CRH380A型動(dòng)車組輔助供電系統(tǒng)的研究

0 引 言

自2007 年4 月18 日，中國(guó)鐵路實(shí)施了第六次大面積提速以來，相繼運(yùn)行在我國(guó)鐵路上的四種高速動(dòng)車組分別是CRH1、CRH2、CRH3、CRH5.主要引進(jìn)加拿大龐巴迪、日本川崎重工、德國(guó)西門子及法國(guó)阿爾斯通國(guó)外原型車技術(shù)，通過“引進(jìn)，消化，吸收再創(chuàng)新”,設(shè)計(jì)生產(chǎn)具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的動(dòng)車組產(chǎn)品系列。

CRH2-380 型動(dòng)車組是動(dòng)力分散交流傳動(dòng)動(dòng)車組，有8 輛編組和16 輛編組，分別稱為CRH380A和CRH380AL 型動(dòng)車組，是在CRH2C 型平臺(tái)成熟可靠的基礎(chǔ)上，通過速度提升和優(yōu)化設(shè)計(jì)，由中國(guó)南車四方機(jī)車車輛股份有限公司生產(chǎn)。

高速動(dòng)車組技術(shù)凝聚了各項(xiàng)復(fù)雜的技術(shù)，而輔助供電系統(tǒng)作為動(dòng)車組的重要組成部分，它不僅僅影響著乘坐的舒適性，更關(guān)系著動(dòng)車組能否正常駕駛。為了保證動(dòng)車組能夠長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定安全運(yùn)行，就需要輔助電源系統(tǒng)為輔助設(shè)備提供高效穩(wěn)定的電源。

1 動(dòng)車組輔助電源系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

CRH380A 型動(dòng)車組由6 輛動(dòng)車、2 輛拖車共8 輛車構(gòu)成編組。編組配置如圖1 所示，其中T1、T2 為拖車，M1~M6為動(dòng)車。

輔助供電系統(tǒng)主要包括輔助電源系統(tǒng)、電源分配系統(tǒng)、輔助用電設(shè)備。其主要任務(wù)是為列車內(nèi)的各負(fù)載提供交流或直流電源，如空調(diào)、采暖、通風(fēng)、照明、制動(dòng)、牽引系統(tǒng)、冷卻風(fēng)扇、控制單元等，保證列車安全運(yùn)行，為旅客提供舒適的旅行環(huán)境。CRH380A 型動(dòng)車組的全列車共三臺(tái)輔助電源裝置(APU1/APU2/APU3)，APU1/APU2 是向牽引變流器等各種通風(fēng)機(jī)及輔助整流裝置(ARf)等提供三相AC 400 V、50 Hz 電源裝置，并且還內(nèi)置有把牽引變壓器三次輸出AC 400 V 變?yōu)锳C 100 V 的輔助變壓器(ATr)，安裝在兩頭車的車底下。輔助整流器ARf 是對(duì)APU1/APU2 輸出的3 相AC 400 V 進(jìn)行整流，提供DC 100 V 電源裝置，并且還內(nèi)置有將APU1/APU2輸出AC 400 V 電壓變壓為AC 100 V 的變壓器(TR3)，和變?yōu)锳C 220 V 的變壓器(TR4)。輔助電源裝置APU3 是向4 號(hào)、5 號(hào)車的牽引變流器等各種通風(fēng)機(jī)提供3 相AC 400 V、50 Hz電源裝置，安裝在5 號(hào)車車底下，沒有輔助變壓器(ATr) 和輔助變流器(ARf)。

1.2 系統(tǒng)供電原理

輔助電源供電原理框圖如圖2 所示。

交流、直流電源及負(fù)載設(shè)備見表1 和表2 所列。

從圖2 和表1 可以看出，704、754 電源母線(單相AC400 V/50 Hz)為牽引變壓器輔助繞組輸出電源。771、781、791 電源母線(三相AC 400 V/50 Hz)為輔助電源裝置APU的逆變器輸出電源。302 線是輔助整流器箱輸出的單相AC220 V/50 Hz 電源母線，只是向5 號(hào)車小賣部電氣設(shè)備供電。

在其他車中都取消了客室插座。202 線是輔助整流器箱輸出的單相穩(wěn)定的AC 100 V/50 Hz 電源母線，向空調(diào)控制裝置、輔助制動(dòng)裝置等設(shè)備提供控制電源。251 線是從輔助電源箱的輔助變壓器ATr 輸出的單相不穩(wěn)壓的AC 100 V/50 Hz 電源母線，只是向整列車的電加熱設(shè)備提供電源。

從圖2 和表2 可以看出，102 線系統(tǒng)從M1-2、M4-5、M6-7 號(hào)車蓄電池組輸出電源，為列車運(yùn)轉(zhuǎn)控制、輔助空氣壓縮機(jī)提供電源，當(dāng)完成受電弓升弓時(shí)，VCB 閉合，輔助電源裝置啟動(dòng)之后，接通蓄電池接觸器BatK1 與103 線連接，蓄電池從輔助整流器ARf 得到充電。當(dāng)電壓檢測(cè)電路檢測(cè)到蓄電池電壓異常下降時(shí)，斷開蓄電池接觸器BatK1,停止蓄電池向負(fù)載供電。103 線電源系統(tǒng)在整列車中貫通，在動(dòng)車組啟動(dòng)初期，受電弓沒有升起，APU 沒有啟動(dòng)，通過閉合蓄電池接觸器BatK1 與102 線電源系統(tǒng)連接，從蓄電池獲得DC90 V 電壓。動(dòng)車組上電完畢，閉合輔助整流器接觸器ArfK,103 線從輔助整流器獲得DC 100 V 電源。103B 線系統(tǒng)平時(shí)通過應(yīng)急燈切換接觸器RrLpCgK 的常閉接點(diǎn)，由103 線供電，當(dāng)接觸網(wǎng)停電時(shí)，經(jīng)由RrLpCgK 的常開接點(diǎn)，由102 線供電。115 線系統(tǒng)經(jīng)由蓄電池接觸器BatK2 閉合與103 線接通，給空調(diào)控制、自動(dòng)門、影視系統(tǒng)等提供電源。118A 線系統(tǒng)給1、8 號(hào)車的列車無線裝置供電，正常情況下，經(jīng)由無線電蓄電池切換接觸器TWEmCgK 的常閉觸點(diǎn)從103 線系統(tǒng)獲得DC 100 V 電源。當(dāng)接觸網(wǎng)停電時(shí)，無線電蓄電池切換接觸器TWEmCgK 常閉觸點(diǎn)斷開，常開觸點(diǎn)閉合，從無線電蓄電池TWBat 供電。無線電蓄電池TWBat 經(jīng)由103 線充電，在母線與蓄電池之間有個(gè)功率二極管，避免反充。

2 擴(kuò)展供電

2.1 3 次電源擴(kuò)展供電

牽引變壓器輔助繞組輸出單相AC 400 V、50 Hz 不穩(wěn)定電源通過交流電磁接觸器ACK1 連接704、754 線。設(shè)置交流電磁接觸器ACK2 防止來自相鄰兩個(gè)變壓器系統(tǒng)的電源的混亂接觸，保持不間斷打開。當(dāng)一臺(tái)牽引變壓器出現(xiàn)故障時(shí)，通過監(jiān)控器的顯示器輸入3 次電源感應(yīng)指令，將704、754 線在編組中貫穿，由另一臺(tái)變壓器3 次繞組供給電源。但當(dāng)由外部電源供電時(shí)，外部電源繼電器EXR2 的常閉接點(diǎn)處于打開狀態(tài)，則ACK1 不能投入。通過連接外部電源連接器插座EXConR給列車充電。

2.2 APU 擴(kuò)展供電

APU1/APU2 在一列編組的兩臺(tái)中有一臺(tái)發(fā)生故障情況下，通過閉合擴(kuò)展供電接觸器BKK,由另一臺(tái)給編組的全部負(fù)載提供容量。APU3 自帶供電轉(zhuǎn)換接觸器，并輸入另臺(tái)輔助電源裝置APU2 的3 相AC 400 V 電壓。APU3 自身的3 相AC400 V 電源與輸入的APU2 的3 相AC 400 V 電源互為聯(lián)鎖，正常情況下由APU3 給動(dòng)力單元的通風(fēng)機(jī)供電，APU3 發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)換到由APU2 提供4、5 號(hào)車的3 相AC 400 V負(fù)載容量。

3 結(jié) 語

CRH380A 型動(dòng)車組全列車共三臺(tái)輔助電源裝置，可以輸出6 種電壓制式的電源，分別為單相AC 400 V 不穩(wěn)定電源系統(tǒng)、單相AC 100 V 不穩(wěn)定電源系統(tǒng)、三相AC 400 V 穩(wěn)定電源系統(tǒng)、單相AC 100 V 穩(wěn)定電源系統(tǒng)、單相AC 220 V 穩(wěn)定電源系統(tǒng)、DC 100 V 電源系統(tǒng)，可以為該型車復(fù)雜的用電設(shè)備供電。另外，輔助電源擴(kuò)展供電技術(shù)使一臺(tái)變壓器或者輔助電源出現(xiàn)故障時(shí)，另一臺(tái)變壓器或者輔助電源給負(fù)載供電，保證了列車安全運(yùn)行和旅客乘坐的舒適性。總之，輔助電源系統(tǒng)是現(xiàn)代高速動(dòng)車組技術(shù)重要的組成部分，是維護(hù)列車許多重要功能必不可少的。