辅助供电

辅助供电（共8篇）

辅助供电 篇1

随着国外高速动车组技术的飞速发展与进步,其辅助供电系统的结构形式也逐渐多样化,功能逐渐增加,技术指标及可靠性的要求也越来越高。该系统的可靠性将直接影响列车的运行性能和乘坐舒适度。本文主要探讨几种常见国外电动车组中辅助供电系统的结构形式、功能和电气参数等,并对其进行分析和比较。

1 常见国外电动车组的辅助供电系统结构及参数

目前国外电动车组主要以欧系和日系为代表的两大类,其辅助供电系统也各有不同。下面主要基于加拿大庞巴迪的Regina C2008型、日本新干线E2-1000型、德国ICE 3型、法国阿尔斯通的SM3型为典型代表的电动车组展开讨论。

1.1 Regina C2008型电动车组的辅助供电系统结构

Regina C2008型电动车组是庞巴迪为瑞典SJAB提供的1种车型,它的辅助供电系统从主变压器副边提供AC902 V交流电源,通过网侧变流器输出DC1 650 V 直流电源,除供给牵引变流器外,还提供给辅助变流器直流电源,通过辅助变流器逆变为三相交流电,再通过交流滤波器输出给电源母线。由电源母线给充电机供电输出直流DC110 V电源(图1)。

1.2 E2-1000型电动车组的辅助供电系统结构

E2-1000型电动车组是日本新干线运用的一种车型,辅助供电系统由 APU 和 ARU两部分组成:其辅助系统的供电模式是由主牵引变压器抽出一个副边辅助绕组,将网压变到交流 400 V,然后经过斩波器整流至 DC850 V 的中间直流后,再逆变成可控的AC400 V50 Hz 三相交流电提供到辅助电源母线上,通过隔离变压器输出AC220 V50 Hz、AC100 V50 Hz,以及通过整流器输出DC100 V(图2)。

1.3 德国ICE 3型电动车组的辅助供电系统结构

ICE 3型电动车组的辅助供电系统从主变压器副边提供AC1 550 V交流电源,通过四象限变流器输出DC3 000 V电源。除供给牵引变流器外,还提供给辅助变流器直流电源,通过逆变变为三相交流电,再通过交流滤波器输出给电源母线,然后从电源母线取电供给充电机输出DC110 V(图3)。

1.4 法国阿尔斯通的SM3型电动车组的辅助供电系统

SM3型电动车组的辅助供电系统是由主变压器副边辅助绕组供电AC1 770 V,经过主变流器整流后,又通过1个斩波器将其降为 DC600 V,再通过辅助变流器逆变为三相交流电输出AC400 V50 Hz,通过交流母线取电,经过充电机输出DC110 V或DC24 V(图4)。

1.5 4种代表车型辅助供电系统的技术参数

上述4种代表车型辅助供电系统的技术参数见表1。

2 常见国外电动车组辅助供电系统的布局与工作方式

2.1 Regina C2008 型电动车组

Regina C2008 型电动车组采用的是动力分散的设计,每列车为 3 辆编组,其中 2 辆为装载牵引电机的动力车,其他车辆为无动力的拖车(即2M1T)。每节动车车厢上都设有主变流器和辅助变流器,每列拖车上都设有主变压器。因此,在 Regina C2008型电动车组上共有 2 台辅助变流器并联工作。在正常情况下,这2台辅助变流器同时工作,将逆变的三相交流电输送到交流母线上。在每一辆动车上均设有一个辅助电源装置,主要包括辅助逆变器单元(AC)、隔离变压器、蓄电池充电机以及蓄电池等。在启动过程中,辅助供电系统的负载必须按一定顺序启动,以降低系统担负的启动电流。

2.2 E2-1000型电动车组

E2-1000型电动车组共有 2 台辅助电源装置(APU),分别设置在1号车和8号车,每一台 APU向其所在的4辆车的辅助用电设备提供电源。当1台辅助电源装置发生故障时,可通过另1台辅助电源装置向全列车提供辅助电源。E2-1000型电动车组的辅助供电系统由牵引变压器辅助绕组、辅助电源装置、蓄电池、辅助及控制用电设备、地面电源等几部分组成。

E2-1000型电动车组的输出用电制式繁多,种类复杂,其按照负载种类的不同来提供不同的电能:从牵引变压器的副边辅助绕组取电,不经过控制直接给空调和换气装置提供电能。因此,E2-1000 型电动车组的空调装置需要自己配置变流器,否则有可能不能适应大范围的电压波动。而且E2-1000型电动车组的稳压400 V 电源不是直接供给负载的,而是通过隔离变压器将三相交流电压分别转化为AC220 V 和AC100 V 的两个单相交流电输出,其输出的两个电压幅位不相等但容量相等,因此,有可能造成三相的不平衡供电。E2-1000型电动车组的直流供电系统主要由变压器和三相不控整流电路组成。变压器原副边分别接成星形和三角形,三相不控整流电路将输入的交流电压变换为直流电压输出。

2.3 ICE 3型电动车组

ICE 3型电动车组整列车共有4个辅助逆变单元,其中2个功率为160 kV,分别位于列车的2号车和7号车。另外2个逆变单元分别是由2个单台功率为160 kV并联而组成的双逆变单元,这2个双逆变单元分别位于电动车组的4号车和5号车上。其中通风机、压缩机等大功率用电器直接从三相交流母线上取电。在辅助逆变器逆变出440 V60 Hz 的三相交流电经传输到交流母线后,在每节车厢都设有1个变压器,从三相交流母线上取两相通过变压器变为单相230 V60 Hz的单相交流电,供给每节车厢的相应交流供电插座。在4号车和5号车上分别装备2台60 kW蓄电池充电机和两组2×160 Ah的蓄电池供整车直流用电。

2.4 SM3型电动车组

SM3型电动车组为6辆编组,其中4 辆为装载了牵引电机的动力车,其他2辆为无动力的拖车(即 4M2T)。SM3型电动车组的辅助供电系统的输出电压制式比较简单,只有 AC400 V50 Hz 和 DC110 V或DC24 V 两种,其中压负载(AC400 V)主要是压缩机、牵引电机及变压器的冷却风机、空调、采暖等较大功率的设备。低压直流负载主要是照明系统、客车车门系统、辅助升弓装置、紧急通风等小功率负载,或在无外电源输入下的紧急情况使用的负载。 SM3型电动车组的辅助变流器是由降压斩波器和 PWM 脉冲整流器构成的辅助逆变器组成。由于中间直流电压太高,所以采用了两个串联的半桥电路作为前端,通过隔离变压器后用一个全桥的二极管整流输出直流,这样做的好处是可以将管压降低一半。然后经过 IGBT 和电容组成的谐振滤波器进行滤波。

3 常见的国外电动车组辅助供电系统的比较

欧系电动车组中的供电制式比较单一,而日系电动车组的供电制式种类繁多比较复杂,但各有其优缺点。

Regina C2008型、ICE 3型和SM3型电动车组的辅助交流供电系统都是直交型的。与交-直-交型相比,直交型的优点在于省去了牵引变压器的辅助绕组,简化了牵引变压器的设计与制造工作,并且在过分相区的时候可以使用牵引电动机能量回馈,维持牵引回路直流侧的电压,从而保证辅助系统不断电。对于单一供电制式的系统,其输出只有一种电压制式,做到了全车负载统一供电。这样做能够极大地简化车内供电系统的配电,而且在辅助变流器出现故障时容易处理,可以方便地在交流母线上设计接触器进行相互切换,在故障模式下可以通过巧妙的接触器切换算法,来保障整车全负载或者降载运行。

缺点是无法避免降压环节,在一定程度上增加了牵引辅助系统的复杂度。由于用电设备都接到了由辅助变流器精确控制输出的交流母线,增加了辅助变流器的设计容量,也就增加了制造成本。

E2-1000型电动车组的辅助交流供电系统是4种高速电动车组中唯一使用交-直-交型式的,这种型式的辅助交流供电系统较为传统,其优点是成本较低,由于供电制式多,其对辅助系统内不同的负载都分别进行按需供电,对于需要稳压的负载进行稳压供电。对电压波动要求不敏感的负载采用不控电源,直接用变压器输出。这样做能够提高整个系统的效率,减小辅助变流器的功率,从而对资源进行合理优化配置,使得整个系统的设计最优。

缺点是这种供电系统需要带有辅助绕组的牵引变压器,在运行时由于牵引变压器2个二次绕组之间存在着耦合,牵引变流器运行时产生的脉动会影响到辅助绕组的输出电压,因而对辅助变流器及其负载造成直接的影响。由于这些负载的供电电压变化范围较大,而且在每次经过分相区的时候,受电弓都会断电,这些情况都会对压缩机、风机等电机负载的运行以及寿命产生很大的影响。对于供电制式复杂的系统,供电种类多,增加了车内布线的难度,并增加了维护和保养的成本。

4 结论

未来高速电动车组辅助供电系统的设计重点是结构简化、布局合理、供电品质优、可靠性高、乘坐舒适度好等方面,因此,对于Regina C2008型、E2-1000型、ICE 3型、SM3型为代表的国外电动车组在其设计上还存在有待改进的地方,希望可以通过本文的探讨,对开发设计新型电动车组的辅助供电系统提供一些帮助。

参考文献

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浅析城轨列车辅助供电系统 篇2

摘要：辅助供电系统是城轨车辆的重要组成部分，为列车的牵引控制、网络控制、制动控制、照明、空调通风、空气压缩机、通信信号等设备提供电源。文章分析与总结了城轨车辆辅助供电系统的组成、供电方式及其优缺点，能更好地为城轨车辆辅助供电系统的选择和设计提供参考。

关键词：城轨列车；辅助供电；集中供电；分散供电

中图分类号：U260 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）32-0109-02

列车辅助供电系统供电制式主要包括交流供电和直流供电。交流供电系统主要由辅助变流器、辅助设备电机、电热器等交流负载设备组成，由辅助变流器供电；直流供电系统主要由充电机、蓄电池、直流用电设备组成，由充电机和蓄电池供电。

1 城轨列车辅助供电系统概述

城轨列车为辅助供电负载。辅助供电负载主要由交流负载和直流负载组成。

1.1 交流负载

1.1.1 城轨列车的HVAC系统：城轨列车的每节车厢设置二个空调单元，其交流能耗设备主要是：（1）空调压缩机；（2）冷凝风机；（3）通风机；（4）司机室通风机。假如在寒冷地区，还要增加加热器。由于空调单元的加热与制冷不会同时工作，并且设备在制冷时的功率往往是大于设备加热时的功率，所以，我们在负载计算时一般只需考虑设备在制冷时的功率就行。正常情况下，所有的辅助逆变器都呈正常工作状态时，列车的HVAC系统也就会正常工作；假如辅助逆变器出现故障，那么则根据故障程度，采取对相应空调压缩机或者是空调机组进行切除的方法。

1.1.2 HVAC系统空气压缩机：城轨列车的每列车，都安装两个空气压缩机，负责整列车厢的空气供风制动系统。当风压低于规定设定值时，两台压缩机自动启动；当风压高于规定设定值时，则只启动一个就可以；当车厢的主风缸压力已经高于规定的最高设定值时，则必须关闭两台空气压缩机。

1.1.3 HVAC系统牵引通风机：牵引通风机主要负责给HVAC系统牵引逆变器进行强迫风冷，而对于非强迫风冷的牵引箱，则不存在牵引通风机。

1.1.4 HVAC系统制动电阻风机：HVAC系统在电阻制动时会消耗大量的能量，导致HVAC系统的制动电阻温度会呈急剧升高状态，那么就需要通过系统的制动电阻风机来进行强迫通风，以达到散热降温的目的，从而保护系统制动电阻。不过对于自然冷却的动电阻，则不需要启动制动电阻风机。

1.1.5 HVAC系统交流220V负载：负载包括：方便插座、客室普通照明（AC220和DC110V供电制式都有）、显示屏（AC220和DC110V供电制式都有）等。

1.2 直流负载

直流DC110V和DC24V负载：主要包括控制电路、应急照明、旅客信息系统等。

2 辅助供电系统供电方式

根据不同种类的城轨列车辅助供电系统，负载的数量与功率也不同。以下是对某B型六节编组的地铁列车的辅助供电系统的分析负载参数。

2.1 辅助电源交流负载负荷统计表

因为辅助电源系统（交流电源）的最大负载工况是在夏季，故只对夏季负载进行计算和分析。

冬季负载，夏季中不适用。

交流（AC380V/AC220V）负载容量：从辅助电源负荷统计表中看到，正常工作状态下，辅助供电系统最大交流负载为夏季负载304.8kVA。

2.2 列车集中供电方式

在每列列车的集中供电系统中，设置两台辅助逆变器，辅助逆变器的运行是通过系统的三相输出接触器分别向3节车厢供电。供电电路可以是并联供电、扩展供电。如果是集中供电的扩展供电方式，在正常工作状态下，M车上的三相母线接触器处于断开状态，两个单元各自独立工作；如果是集中供电的并联供电方式，列车的交流供电母线是贯通的，两个辅变单元共同向列车负载供电。

每台辅助逆变器的容量通常设计为220kVA左右，如果采用的是集中供电的扩展供电方式，当某个辅助逆变器出现故障时，首先断开输出接触器，将其与供电母线隔离，同时，通过系统的闭合扩展供电接触器，及时将非故障电流引入发生故障单元，以保障故障单元的正常工作。由于集中供电系统采用的是并联供电方式，这使得单个辅助逆变器无法满足整列车正常运转的负载要求，因此，需要及时切除相应的负载功能。负载重新分配时将保留Mc车和M车的牵引风机和制动电阻风机。以保证有一台空气压缩机的正常工作。系统功率减少一半后，需要切除系统内功率消耗大的空调设备。此时整列车的负载功率为228kVA，一台辅助逆变器的容量可以满足要求。

2.3 分散供电

列车的分散供电系统在每节车箱上都安装有一台辅助逆变器，通过系统的三相输出接触器，向380V交流的列车母线供电。一般辅助逆变器的设计为73kVA，这使得整列列车的交流供电系统的总装机容量就达到438kVA，保证了整列列车的负载。这样，即使有一、两台辅助逆变器出现故障。容量为365kVA和292kVA的辅助逆变器仍然能够满足列车的正常运行。当出现三台辅助逆变器发生故障时，则只需切除一半的空调压缩机就能保证列车所有通风机组的正常工作，列车仍然能保证安全、无限速的运行。假如出现四台或者是五台辅助逆变器发生故障，则必须切除所有空调设备，以保证列车正常运行到最近站点，组织旅客换乘其他列车。

2.4 两种供电方式的分析比较

目前，列车的集中供电系统运用比分散并网系统在辅助逆变器设备的数量上要少，其检修以及维护的成本要低；不过分散供电系统的故障冗余能力比较强，但列车布线更复杂、检修维护成本要更高。现在，集中供电系统多数采用扩展供电方式，每个单元的运作是独立的，即使出现负载波动，也只影响本单元，而分散供电多数采用的是并网供电形式，其抗负载冲击能力比集中供电系统更强。

集中供电系统所装备的辅助逆变器箱每个约1400kg，这样整列车重量就仅为2800kg。但是分散并网供电系统的辅助逆变器箱不带充电机时约875kg，带充电机时约为965kg，整列车重量是5430kg。使用集中供电系统比分散供电系统整列车要轻2630kg，现在地铁运行单位对整列车的单位能耗特别关注，列车减重也是车辆制造厂努力的方向，采用集中供电系统的列车要比采用分散供电系统的列车更节能，因此新生产的城轨车辆比较倾向于采用集中并网供电系统。

3 结语

本文通过对集中供电系统和分散供电系统的分析，可以看出采用并网供电技术的集中供电系统更有优势，因此在城轨列车辅助供电系统的设计中，如果对列车的安全、稳定运行要求高一些，采用冗余度更高的分散供电系统；如果对列车的检修维护和节能降耗要求高一些，那么则采用集中供电且冗余度较高的并网供电系统。

参考文献

[1] 陶生桂，梁建英.城市地铁与轻轨车辆辅助系统综述[J].电力机车技术，2001，（3）.

[2] 彭驹，莫坚.深圳地铁1号线续建工程车辆辅助系统设计[J].电力机车与城轨车辆，2009，（4）.

[3] 熊成林，冯晓云.不同结构的列车辅助供电系统分析与比较[J].机车电传动，2008，（2）.

辅助供电 篇3

关键词：城市轨道车辆,辅助供电系统,仿真

1 城轨车辆高压供电辅助供电系统

辅助供电系统主要是用于产生DC110V电源以及AC380V电源, 其中主要包括的是DC/AC辅助逆变器以及DC/DC变换器。

1.1辅助供电系统组成以及参数

辅助供电系统主要的功能有自动完成启动、关闭以及故障切换的功能, 在列车的运行过程中能够对系统进行辅助报告当前列车的运行状况。辅助供电系统的的组成部分主要是以下几个部分:首先是由牵引变电器辅助绕组、蓄电池、辅助电源配置、辅助以及控制用电设备、地面电源这几部分组成。

其主要的电路原理是由电弓或则第三轨受流输入的DC1500V以及DC750V的直流电压然后通过隔离开关、熔断器、输入的滤波器等送到最后的TGBT逆变器中。对逆变器进行控制, 使得逆变器可以输出PWN波形, 最后得到交流电输出电压, 通过三相交流滤波器的滤波, 然后再经过三相变压器将其变为AC380V电压[1]。

2 辅助供电系统以及仿真

2.1 辅助系统原理

该文章主要选择的是上海的地铁线路为例子, 在样例中电源是DC1500V直流的供电网络, 经过滤波的电抗器以及电容器构成了高压系统的输入部分, 主要作用是能够起到抑制输入电路谐波以及减少输入电路的影响, 起到将高压进线限制到负极通过转向架接地。在负极上一般会有电容, 主要是起到两部分的作用, 一部分是降低电磁干扰, 另外一部分就是确保高频能够接地。辅助高压逆变器在输出交流点以后, 为了减少对其的损耗一般要将频率进行控制不超过1k Hz为合适[2,3]。

2.2 主要技术参数

根据相应的的铁道部的文件, 车辆辅助的供电系统应该达到下表的技术指标。

辅助逆变器总容量 560k VA

输入电压 DC1000V-1800V2.3

2.3 仿真的步骤

应用Matlab建立模型来进行电力仿真, 步骤如下:

(1) 根据系统的情况, 建立电路模型。

(2) 建立一个空白的编辑框窗口, 将编辑好的模块放到该电气仿真模型中。在建立的过程中尽量使用原本软件里面有的模块来建立模型。

(3) 设置仿真模型的参数以及模块的参数。

(4) 进行仿真, 在仿真的过程中改变参数, 并观察结果。

(5) 观察仿真的数据, 进行分析, 评估仿真数据对整个系统, 即辅助供电系统的影响程度以及权重大小, 进而采取相应的办法解决问题, 起到改善城市轨道车辆辅助供电系统整体运行性能的目的[4]。

2.4辅助逆变仿真图形以及结果

以往在构建仿真模型的过程中多以电路图为主要依据, 但这种运行方式下会产生很多的错误, 且仿真运行比较复杂。为了改进仿真系统的运行性能, 可搭建如下仿真模型, 如图2。

在该系统中, 主要采用的是PWM模块, 再运用三个正弦波并让它的三个正弦的相位差在120度, 这样的情况下可以调制脉宽。图中的Scope2就是用来查看脉宽的波形图的[5]。从逆变模块出来以后的交流波在这里分为了A、B、C三部分, 分别进入子模块subsystem2。Powergui是电力系统图形化的用户接口, 可以有效的利用Simulink的功能来连接不同的电器元件, 在此过程当中, Powergui所发挥的是电力系统模型中图形化的用户接口工具。同时, Powergui还具有复制功能, 能够将模块复制到该模型窗口中来, 然后通过双击鼠标打开菜单。

3 结束语

在轨道车辆的辅助供电系统中应用仿真已经是非常的必要的, 通过仿真数据可以对列车供电设备进行分析, 发现存在的问题, 并提出解决措施。

参考文献

[1]李寒生.城市轨道交通供电系统综合分析及其建设运营模式探索[J].铁道标准设计, 2013, (05) :119-122+131.

[2]夏兵.城市轨道交通车辆电气系统的研究[J].科技与企业, 2014, (05) :261.

[3]陶生桂, 胡兵.城市轨道车辆电气传动系统发展综述[J].电力机车与城轨车辆, 2007, (02) :1-5+22.

[4]张琳.浅析城市轨道交通车辆用辅助电源系统[J].科技资讯, 2007, (22) :61-62.

辅助供电 篇4

关键词：地铁车辆,辅助系统,供电网络

地铁作为城市交通中最快速最便捷的交通方式, 在很大程度上缓解了日益增加的城市交通压力, 是城市重点建设的交通工具。负责地铁日常电力提供的便是地铁车辆辅助系统, 而地铁辅助系统又有两种不同的供电系统, 分为内部供电系统和外部供电系统。

1 地铁车辆辅助系统供电网络的简述

地铁车辆辅助系统供电网络采用分散式供电和集中式供电两种供电方式。分散供电采用城市电网中的变电所和中压输电线为地铁车辆辅助系统进行供电, 该供电方式需要城市电网中的变电所拥有不同地区的电源提供的双向电源, 具体方式参照图1。集中供电方式则使用地铁实际用电量、线路长度来搭建的专用变电所提供电源, 实现集中供电, 具体方式参照图2。

地铁车辆辅助系统的设计需要满足以下条件:

1.1供电的输入要求

电源的输入需要多个电源接入口, 需要在列车的车头位置安放多个地铁车辆专用电源插座, 并确保车辆电源电路形成联锁和互缩, 包括受流器、接触网等。

1.2设计容量要求

在地铁车辆辅助系统设计时, 要保证设计总容量高于可能最高负载量的1.4倍。系统中的逆变器能够在其中任意一个出现故障时, 在确保自身的负载量的情况下, 代替故障逆变器的工作, 确保地铁继续运行;对系统中的直流电源也同样, 需要在确保地铁正常运行的情况下, 在总容量的基础上保证剩余容量来应对突发情况。

1.3电源系统要求

地铁交通在日常运行过程中, 可能会出现各种各样的突发情况, 其中就包括运行过程中的电压突变问题。这就需要地铁车辆辅助系统的电源系统能够满足快速适应电压突变情况, 对过载电压进行稳定负载或中断超过负载量的电压。系统中的电源系统达到要求, 才能保证地铁运行过程中安全稳定, 在电压突变情况发生时最大程度上保证车辆运行。

1.4抗干扰和应急处理要求

在辅助系统供电网络的运行过程中, 经常会受到电磁干扰, 降低供电质量。因此供电网络需要具有抗电磁干扰的功能, 最大程度避免电磁干扰, 保证供电量达到要求。另外在电源中安置蓄电池, 也能降低电磁干扰, 是供电系统对电磁干扰的应急方法之一。

2 两种供电网络的区别

集中供电网络的地铁布线少, 布置的工作难度相对来说较低, 是因为该供电网络集成了逆变器和充电机, 整体系统设备轻巧, 因此维护成本低, 能源使用度低。分散供电网络则可以最大程度上保证列车正常运行, 在任意逆变器发生故障时保证系统工作。

2.1 设备比较

结合实际情况, 分散供电方式需要的设备分别为:6台容量90KV的逆变器、2台容量为30KV的充电机以及4台扩展供电装置, 分散供电方式提供的功率为480~540KVA。集中供电方式需要的设备为:2台大功率辅助电源、1台扩展供电装置, 提供的功率为180~230KVA。

2.2 技术比较

分散供电方式注重供电效率, 对电磁波的抗干扰能力强, 对有效值闭环和恒频恒压的支持采用了三相输出基波技术, 有效消除低次谐波。技术参数包括:噪声70db以下的DC1500V输入电压, 畸变率小于5%。集中供电方式的供电量不及分散供电方式, 但使用二电平电压型逆变电路, 有效减少了运行噪音。

2.3 电源分配

分散供电方式和集中供电方式的冗余均通过配备的扩展供电装置完成, 区别在于分散供电方式通过网络, 对两车或单元车的扩展供电进行控制;集中供电方式通过网络, 对两台电源间的扩展电源进行控制。

3 总结

地铁作为城市交通中最快速最便捷的交通方式, 在很大程度上缓解了日益增加的城市交通压力, 是城市重点建设的交通工具。负责地铁日常电力提供的便是地铁车辆辅助系统, 而地铁车辆辅助系统供电网络采用分散式供电和集中式供电两种供电方式, 两种方式各具特色, 应该结合地铁交通的实际情况, 合理使用两种不同的供电方式, 以达到地铁交通的最高效率运行。社会发展至今, 市民出行已经离不开地铁这个高效快捷的交通工具, 对地铁交通进行合理安排, 不断完善地铁车辆辅助系统, 是接下来的地铁发展、城市发展的关键所在。

参考文献

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辅助供电 篇5

1 集中供电

1.1 单元式集中供电

在2个单元构成的列车上, 每个单元设1台辅助逆变器, 通过本单元的AC 380 V列车线给本单元的辅助设备供电。当1台辅助逆变器发生故障, 通过扩展供电装置由正常的逆变器给全列车一半负载供电。

1.2 交叉式集中供电

每列列车设2台辅助逆变器, 贯通全列车的两路AC 380 V列车线, 分别给全列车的一半辅助设备供电。当一台辅助逆变器故障, 负载自动减半。

1.3 单元式与交叉式集中供电比较

1) 单元式优点。列车线的电缆及接插件用量少, 降低列车重量及成本。

当一台逆变器故障时, 全部设备通风机甚至空气压缩机可正常工作;故障状态照明正常, 旅客舒适度好。单元式缺点是控制复杂。列车TCMS随时监视扩展供电装置, 故障时及恢复后按一定程序准确切换扩展供电接触器。

2) 交叉式优点。控制简单, 一台逆变器故障时负载自动减半, 不需切换。交叉式缺点:要设两路AC380列车线及接插件, 设备投资大, 增加列车重量, 据计算4M2T列车一路列车线电缆总重约550 kg;设备通风机需要切换。如逆变器容量有冗余, 空气压缩亦需切换;故障时客室照明减半, 旅客舒适度差。

2 分散供电

2.1 全分散式供电

每辆车设1台相同容量的辅助逆变器, 它们的输出相互并联, 因此严格要求每台逆变器输出同电压、同频率、同相位。

2.2 混合分散式供电

在可划分为2个单元构成的列车上, 每辆车设置1台相同容量的辅助逆变器。一部分设备在每个单元内部交叉供电 (空调) , 另一部分设备在全列车交叉供电。

2.3 全分散式与混合分散式供电比较

混合分散式与全分散式相比主要缺点有, 电路复杂, 列车线过多, 所用材料多;辅助电源供电能力冗余度差, 一旦1台逆变器故障, 全列车空调负载减少1/4。而全分散式在这种情况下可以不切除任何空调负载;逆变器负载不均衡, 影响乘客舒适度, 故障状态只有一半由交流电源供电的照明。

3 集中式与分散式比较

3.1 集中式优点与缺点

1) 优点。一是设备、使用部件少。例如2台二电平辅助逆变器只需12个IGBT;二是辅助电源柜放在拖车下, 设备布置、轴重分配合理;三是柜体规格统一, 低压电源可放在辅助电源柜内。

2) 缺点。故障时供电能力损失一半, 空调等负载减半。

3.2 分散式优点与缺点

1) 优点。供电能力互补性强、冗余度高。采用全分散模式, 1台逆变器故障可以不切除任何负载, 不需扩展供电设备。

2) 缺点。设备、部件多, 成本高;控制复杂, 逆变器并网控制要求严格;占用车下空间大, 每辆车下1台辅助电源柜, 动车下布置较困难;电力电子器件多。器件多, 发生故障概率高。例如6辆编组列车, 使用二电平逆变器需36个IGBT。

4 结论

集中式供电优于分散式供电, 单元集中式优于交叉集中式供电。不论何种供电型式, 城轨列车辅助逆变交流供电系统的设计须满足以下原则。

1) 2台逆变器总容量须满足整列车交流设备。

2) 单台逆变器总容量必须满足列车空调部分减载而冷却风机及空气压缩机等重要设备不减载情况时的负载要求。

3) 交流负载的减载须满足乘客的舒适度要求。

4) 辅助逆变器必须具有足够的过载能力, 以适应列车泵类负载启动。

参考文献

[1]肖彦君, 吴茂杉.城轨列车辅助供电系统的技术要求和电路选型[J].现代城市轨道交通, 2004 (4) :12-13.

[2]唐春林, 陈春锦.城市轨道交通列车辅助供电系统分析[J].电器开关, 2008 (1) :21-22.

辅助供电 篇6

为解决福建龙岩农村低压配电网设备老旧、点多、面广、电压质量差等问题, 提出将10kV配电线路延伸到农村负荷中心, 配电变压器“小容量、密布点”的总体思路, 按照最大限度缩短配变到户距离的原则采用单相配电变压器和三相配电变压器混合供电的新模式, 为农村负荷密度小, 用户分布广的区域供电开辟了一条新思路。

1 龙岩农村低电压的现状

经过连续几年的农村电网台区标准化建设与改造, 福建省电力有限公司龙岩电业局所属郊区配电网的10kV主干网络线路已基本能满足用电需要。但是, 在城乡结合部的东肖、龙门、铁山供电所辖区内, 由于市政府加快招商引资, 工厂的投产、商品交易城的日益繁华, 用电量的猛增导致这些村子出现配电变压器过载、部分居民用户电压偏低、家用电器无法正常工作的情况。

为此, 郊区供电局先后投入大量人力财力, 采用调换、分拆负荷等多种方法, 短时间内解决了居民生活用电问题, 但由于出租户主、私营小业主采用化整为零的方法钻政策空子, 采取多申请电表等方式挤占公用变压器容量, 造成周边居民用户电压再次偏低, 最终形成“改造增容再改造”的两难境地。

从2009年3月开始, 郊区供电局所属各供电所开始尝试推广采用单相变压器, 以重点解决城乡结合部生活用电冒出的低电压问题为突破口, 先后在东肖、红坊、龙门等结合部电压偏低的区域, 安装了27台单相变压力器, 将部分用电集中且离三相变压器较远的区域, 安装单相变压器改善电压质量, 完全解决区域内用户电压低问题, 同时与三相变压器混合供电, 提高供电可靠性。

2 单/三相混合供电的研究和尝试

农村用户呈分散或回字形式分布、地形狭长区域, 单点分散大功率单相负荷, 且无三相动力负荷的地区或偏远山区, 尝试采用单相配电变压器供电方式, 将10kV配电线路深入到农村负荷中心, 缩短0.4kV低压供电半径, 提高供电质量, 有效解决当前低电压点多分散、动态冒出的低电压问题。

单/三相混合供电模式适用条件: (1) 纯单相负荷或单相负荷占较大比例的地区; (2) 负荷水平低或发展潜力不大的地区; (3) 乡镇低压供电系统需改造的老旧居住区; (4) 农村居民分散或回字形式居住, 地域狭长居住区。

2.1 单/三相混合供电的概念和特点国家电网公司《农村电网建设与改造技术原则》指出:

负荷密度小、负荷点少和有条件的地区可采用单相变或单、三相变压器混合供电的配电方式。农村零散单相用户就地安装单相变, 可解决电压质量低的问题。

单相变压器容量一般为10~160kVA, 适于安装在农村长巷子和深胡同中末端, 配合前端的三相变压器形成混合供电的模式。

2.2 单/三相混合供电的适用选择和原则单相配电变压器的选择应遵循经济、节能、安全、可靠、环保的原则。

对于远离三相变压器电源中心的村庄边缘、较长巷子和较深胡同的供电区域, 单相变压器的位置及容量探索尝试如下:

尽可能靠近居民负荷中心, 对长巷子或深胡同的农村人口聚集地, 考虑通过电缆的方式将单相变压器延伸到巷子或胡同的中心安装, 再将电能呈辐射状供电, 争取供电半径控制在80-100m以内。

当三相配电变压器的供电半径过大, 造成末端供电电压偏低, 影响用户正常用电时, 在供电末端安装单相配电变压器, 分割低压网络和负荷, 缩短低压供电半径, 可解决用户电压偏低问题;当三相配电变压器的负荷过重时, 根据负荷特点, 选择适当的支线安装单相配电变压器, 切割转移负荷, 可解决增容问题;在农村新村无三相电用户的地点安装单相配电变压器向居民供电, 可缩短低压供电半径, 降低损耗;在负荷密度小、分布广、无三相电用户的地点安装单相配电变压器供电, 可节约投资, 解决电源点问题。

10kV单相变压器优先采用“单相三线制”接线方式, 即每台单相变压器有极性相反的220V端子各一个和地线端子一个, 共三个出线端子。一般安排同一楼房的两组用户分别接正极性和反极性220V火线, 地线则共用一根零线。零线和火线应采用相同截面的导线, 导线截面应按照《低压配电装置及线路设计规范》要求执行。

安装单相变时, 应根据配变容量、数量、T接位置、合理地把单相变分布在三相线路上。同时根据变电站提供的三相负荷规律、有目的地把单相变安装在负荷偏小的相线上。这样, 既解决了单相变安装造成的三相不平衡问题、又可以弥补由于三相变负荷不平衡带来的线路三相不平衡, 使整条线路更加趋于负荷平衡。

安装单相变推荐范围:负荷比较集中的城乡结合部、负荷比较分散或较边远的城镇小区居民、农村集中照明区、负荷密度低的郊区及集镇小工业较为发达的地区、窃电现象比较严重的小区。

2.3 单/三相混合供电的典型区域和应用

单相配电变压器身小而轻, 可采用柱上挂式, 安装方便同时减少台区材料费用, 可以最大限度地深入负荷中心, 缩短低压网络供电半径, 降低损耗。根据配电变压器的安装要求, 结合郊区供电局农网实际, 总结出了单相配电变压器安装的典型配置:单相配电变压器、低压开关、无功补偿装置、配电负荷监测系统等设备。安装方式:单相配电变压器安装可采用单杆悬挂的方式, 电杆选用12m或15m砼杆。安装地点的选择:单相配电变压器的安装地点受地理因素限制少、负荷性质因素制约多。

采用单/三相混合供电模式中的用户电压和供电可靠率得到提高。一台单相配电变压器仅向10-20户居民供电, 当单相配变故障时, 受影响的居民户数大幅减少, 配电线路的供电可靠率得到较大提高。

2.4 单/三相混合供电的采用模式

单/三相混合供电, 采用的模式:10kV中性点不接地的三相三线制, 采用两相线单相供电, 这种方式, 以两根相线接单相变压器的高压侧两线进行供电, 供电可靠性高。单相供电用户采用单相变压器直接供到用户, 最大限度地缩短低压线路的长度;需要用三相供电的用户, 采用三相挂杆式变压器直接供电到户。当三相配电变压器的供电半径过大, 造成末端供电电压偏低, 影响用户正常用电时, 在供电末端安装单相配电变压器, 切割低压网络, 缩短低压供电半径, 可解决用户电压偏低问题。

3 单/三相变压器推广应用的探索尝试和应用案例

3.1 成立推广工作组, 编制推广方案

郊区供电局结合实际, 成立以供电所长为核心的“10kV单/三相混合供电模式推广小组”。推广小组根据龙岩电业局的计划安排, 并根据农村低压配电网中始终贯穿着小容量、密布点、短半径、电源到家的供电方式, 逐步解决不断新增、不断冒出的低电压问题。

3.2 单/三相变压器推广应用案例

3.2.1 应用案例一:

龙门谢洋村紧邻中国龙岩交易城, 处于城乡结合部, 居民大多是交易城的商户和从事商品交易的相关外来人员, 用电量大、同时率高。改造前, 村里有6台315kVA公用变压器, 因为巷子长、胡同深, 因为尖头铁板承载力有限, 大线径的0.4kV低压绝缘导线一直延伸进去, 加上供电半径较长, 巷子中末端电压偏低 (高峰时最低电压只有175 V左右) 。现场居民楼间距小、接户线多、通道紧张, 无法采用双杆安装配电变压器的方案进行改造, 根据单相变压器单杆安装的特点, 在原有电杆上直接悬挂单相变压器, 将负荷进行科学分割, 按最小供电半径的原则, 采用低压集束导线、绝缘导线或电缆直接到户, 有效地规避了通道紧张的不利因素。

3.2.2 应用案例二:

东肖镇榴坑村做为试点, 该村原由1台S11-315/10三相配电变压器供电, 低压线路平均供电半径为580m, 在台区线路末端或迂回处增加5台50kVA (每台供20户) , 悬挂式单相配电变压器供电, 平均低压供电半径为22m, 由于单相配电变压器的供电半径比三相配电变压器缩短558m, 供电线路也不再迂回、绕越, 到户电压明显提高, 经过统计, 上述试点小区的电压合格率从97.61%上升为99.9972%, 电压质量显著提高。

4 结束语

单/三相变混合供电模式在龙岩的使用才刚刚开始, 下一步打算在现有基础上借鉴国内外单相变压器在降损节能、改善电压质量方面所取得的经验, 在城乡结合部扩大采用单/三相混合供电模式, 为解决农村低电压问题探索一条可行之路。

摘要：结合龙岩农村配电网近年来尝试推广使用单相变压器, 研究并尝试应用单/三相变混合供电的模式, 探讨该模式供电的适用原则、典型区域应用, 通过实际案例提出缓解并有效解决农村低电压问题。

辅助供电 篇7

1 辅助供电系统简介

图1为西安地铁一号线和二号线车辆辅助供电系统拓扑图,从图中可以看出列车高压母线同时给2台SIV供电,每台SIV主要由辅助逆变器、整流装置以及斩波装置组成。辅助逆变器负责将接触网DC1500 V逆变成AC380 V供列车上AC380 V、AC220 V设备使用,整流装置负责将AC380 V整流成DC110 V供列车控制电路及给蓄电池充电使用,斩波装置将DC110 V斩波成DC24 V供列车上DC24 V负载使用。列车上AC380 V供电采用扩展供电方式,当单台逆变器出现故障时,能保证列车上AC380 V重要设备正常工作。列车上的DC110 V、DC24 V采用并联供电,单个整流装置或斩波装置出现故障时不影响整列车的DC110 V、DC24 V供电。

2 辅助供电系统的主回路保护系统

辅助供电主回路保护系统主要包括3个部分(见图2),即系统中各重要参数及元器件状态的检测部分(数据的采集)、采集到数据的处理部分(数据的处理) 以及对系统起保护作用的执行部分(保护动作)。首先系统通过内部逻辑以及各种传感器等对系统中重要元器件的状态及参数进行实时检测,然后将检测到的数据传给逆变器控制单元,逆变器控制单元通过计算、判断,最后根据判断故障的严重程度对主电路上对应的器件(接触器IVHB、IVLB、3ph MK、HK及门极IGBT等) 进行断开 / 闭合,从而对辅助主回路起到了保护作用[1]。

2. 1 检测项目及保护机理

2. 1. 1 检测项目

从表1中可以看出系统所需模拟信号( 如输入/输出电流、输入/输出电压、各IGBT的工作温度等)是通过逆变器输入端和输出端安装的电压传感器、电流传感器以及热敏电阻等检测元件来获取,数字信号(如各IGBT、IVHB、IVLB、3ph MK、HK等元件动作状态)是通过逻辑单元内部将系统的发出指令与元件动作的反馈指令两者在规定的时间内是否一致来判断的。系统通过检测相应的模拟信号和数字信号,从而全方位实时诊断自身的运作状态。

2. 1. 2 保护机理

如图2所示,系统内设置各种传感器,同时在系统内预设表1中各参数的标准值,系统实时将采集点的信息与系统内预设值进行比较,当超出标准值后,系统就判断为异常,发出相应的保护。

当系统判断出如上故障后,立刻断开逆变器门极、IVHB、IVLB、3ph MK以及闭合HK等。仅在如下情况HK不进行闭合动作保护:对于滤波电容器欠压、架线欠压故障,由于此类故障可能是由于受电弓与接触网瞬间脱离引起,不属于系统故障,所以当发生此类故障时系统内HK不闭合,从而缩短了系统恢复时间。

2. 2 复位方式

当检测出发生如上故障,系统会根据故障的严重程度自动进行相应的保护,在确保安全运行的情况下,系统会采取相应的复位方式。

(1) 自动复位

对于一些故障,系统先进行自动保护,待条件满足后自动复位再启动。自动复位情况分如下几种:1系统可以自动复位的故障。对于表1中除输入过电流故障、转流失败以及微机处理异常故障外,其他故障发生后系统都能自动进行复位;2对于系统能自动复位的故障中,部分故障复位后仍旧未能恢复正常或在规定的时间内再次发生,此时系统继续进行自动复位,直至正常工作为止。此类故障包括滤波电容器欠压和架线欠压等;3若系统自动复位后在规定的时间内此故障再次发生,系统不能够再次自动复位。除上述提及的5种故障外,其余均为此类故障。

(2)按压SIV复位按钮进行复位

对于一些严重故障或在规定的时间内频繁发生的故障,系统不能进行自动复位的,此时需要操作人员确认后,按压SIV复位按钮方可复位,此种故障主要包括下面2种情况:1严重故障。一些隐患较大的故障发生后,须按压SIV复位按钮方可复位系统。此类故障包括输入过电流故障、转流失败以及微机处理异常故障;2规定时间(60 s)内再次发生的故障。此类故障除输入过电流故障、转流失败、微机处理异常、滤波电容器欠压、架线欠压以及AC输出接地检测故障外,其他均属于此类故障。

另外,如下情况上述2种复位方式均不能够进行复位:1系统发生AC输出接地检测故障;2对于系统自动复位后60 s内此故障再次发生,系统能够通过操作SIV复位按钮进行复位的故障,如果此类故障在3 min中内发生3次,此时系统将无法进行复位。上述情况下,列车将进行扩展供电。

3 扩展供电

如图1所示,西安地铁一、二号线车辆辅助供电系统采用独立式供电,即1台SIV给对应的3节车供电。当单台SIV系统发生故障后无法恢复时,为确保全列车重要设备(380 V用电设备) 能正常工作,列车将启动扩展供电,即设置在中压贯通线上的扩展供电继电器闭合,这样就实现了单台SIV向全列车AC380 V交流负载供电的目的(由于SIV容量关系,此时客室内空调减半运行)。

3. 1 扩展供电投入的条件

由于2台SIV为独立供电,故在投入扩展供电后严禁出现故障SIV恢复正常即开始输出的情况,因为这样可能会损坏另一台状态良好的SIV或烧损负载,最终使辅助供电系统瘫痪。为防止此类情况的发生,系统投入扩展供电时从软件及硬件2个方面进行判断及控制,具体如下:1硬件检测控制:K1、K2得、失电状态相反,即1台SIV工作正常,1台SIV无输出;2软件检测控制:SIV发生不可恢复故障,即上文提及的2种方式均不能复位的故障。只有2种情况同时成立,系统才开始投入扩展供电。

3. 2 扩展供电的原理

如图3所示,当1台SIV无输出,此时K1、K2接触器状态相反(1个得电、1个失电),当SIV系统内部判断此故障无法恢复,会切除此故障SIV,同时使故障逆变器中的TLKONR1或TLKONR2接触器失电,常闭触点闭合。此时控制电路通过TLKONR1或TLKONR2常闭触点,K1、K2组成的互锁电路,使K3继电器线圈得电,其常开触点闭合,TLK接触器线圈得电,其常开触点闭合,最终投入扩展供电。

4 保护动作后系统相关数据的记录

西安地铁二号线车辆辅助逆变器根据系统保护动作、故障的严重程度以及需求将事件数据分3类进行记录。

(1)点式数据。对于事后只需确认触发时的瞬间状态,不需要掌握过程的保护动作就采用点式数据记录。例如控制电源欠压、FC(滤波电容器)过压等数据;

(2)追踪数据。如果需要了解保护动作触发前后一段时间内的数据,就要采用追踪数据记录。此数据的记录采用堆栈技术,记录保护动作触发前2s、触发后0. 55 s的数据,采样周期为10 ms,记录点数为256。例如,门极电压欠压等数据;

(3)高速脉冲数据。对于仅仅靠记录追踪数据不能达到事后分析故障要求的保护动作,就需要采用高速脉冲数据记录。高速脉冲采样时间为25. 6ms,采样周期为200μs,采样点数为128。例如,转流失败等。

5 结束语

在确认新线列车辅助供电系统相关控制时,运营人员须考虑以下3方面要求:

(1)车辆上辅助逆变器之间的关系(独立供电还是并网供电)及辅助逆变器自身的可靠性。当辅助逆变器发生故障后,系统是否根据故障的严重程度设置了不同的应急处理方法,是否最大化降低了故障对运营的影响程度[2,3];

(2)当单个辅助逆变器故障后,辅助供电系统采取的供电方式(扩展供电还是交叉供电) 及其安全性和对整列车的影响[4];

辅助供电 篇8

根据我国干线铁路电气化建设现状, 接触网供电系统采用三相供电, 为了使电力系统三相负载保持平衡, 供电系统采用分段换相供电。为防止相间短路, 各相之间设有一段无电区域, 称为分相区。目前铁路接触网一般每隔20~30 km设有1个分相区。机车在通过分相区时, 司机通常需将牵引/制动手柄回零、断开主断路器, 并在惯性通过分相区后闭合主断路器, 过分相时主断路器的断、合可由司机操作, 也可由系统自动完成。机车过分相过程中由于机车主断路器断开, 牵引系统及辅助机组将停止工作, 控制系统和监控系统等设备由车载蓄电池供电。

随着我国轨道交通运输业的发展及装备技术的日趋成熟, 机车运营速度逐年提升。目前, 干线铁路机车在30 min内将通过1~3个分相区。在此情况下, 如果机车仍采用传统机车的主辅电路结构, 辅助机组的启停次数和蓄电池组充放电频率将提高, 相应设备的开关元件通断次数随之增加, 势必对设备的寿命造成影响。同时, 在分相区内, 由于主压缩机停止工作, 对机车及后部列车的供风将中断, 若后部车辆用风设备大量投入使用 (比如在清晨和晚间, 卫生间频繁投入使用) , 此时总风压力将迅速下降, 对车辆通过分相后的正常使用存在一定影响。若机车能够实现在过分相时辅助系统继续供电, 对提供机车部件的寿命及车辆的可靠性具有重要意义。

1 辅助系统不间断供电原理介绍

HXD1D型电力机车电气系统采用主辅集成技术, 电气原理示意图如图1所示。

从以上原理图可看出, HXD1D型电力机车变流器主电路采用二电平四象限PWM整流器+VVVF逆变器模式。每台变流器由三重四象限PWM整流器、3个VVVF逆变器和1个辅助逆变器组成。每重四象限PWM整流器和一个逆变器组成一组独立的供电单元, 为1台牵引电机供电。机车2个辅助逆变器模块分别从其对应的中间直流环节获取电源, 再分别为辅助系统负载提供定频定压和变频变压的电源。主辅分离式电路电气原理中, 辅助变流模块直接从主变压器的辅助绕组取电。

对比两种电路原理, HXD1D型电力机车采用的主辅集成电路结构可实现机车在过分相时辅助系统不间断供电, 当机车进入分相区后, 牵引控制系统将从牵引状态切换至电制动状态, 此时牵引电机将转变成“发电机”, 通过主逆变模块向中间直流环节充电, 辅助逆变器再从中间直流环节获取电能供辅助机组运转, 其中包括蓄电池充电机, 此时可确保蓄电池仍处于非放电状态, 减少其使用频率。而主辅分离电路中的辅助逆变器电源取自主变压器绕组, 在分相区由于主断路器断开, 变压器原边绕组失电, 使辅助负载断电。

2 辅助系统供电工况

机车在不同工况下, 辅助系统供电方式有所差异, 以下通过3种工况对机车辅助系统不间断供电进行介绍, 具体原理结合图1进行介绍。

2.1 机车处于正常牵引或惰性工况 (有电区)

如图1所示, 此时变压器的6组牵引绕组分别向2个牵引变流器内的6个整流模块 (A1~A6) 提供单相交流电, 再通过中间直流环节分别为6个主逆变器 (B1~B6) 和2个辅助逆变器 (C1~C2) 提供电源, 其中6个主逆变器为6台牵引电机进行独立供电, 2个辅助逆变器为辅助负载提供定频定压和变频变压电源。

2.2 机车处于再生制动工况 (有电区)

此时, 牵引变流器内的6个主逆变器 (B1~B6) 工作在整流工况, 而6个整流模块 (A1~A6) 将根据当时辅助负载实际需求的容量工作在整流状态或者逆变状态, 以确保牵引变流器中间电压稳定在确定的值。

1) 当6台牵引电机再生制动产生的能量能满足两路辅助系统所需的电能要求时, 6个整流模块将处于逆变状态, 多余的电能反馈至电网。

2) 如果再生制动力较小, 6台牵引电机再生制动产生的能量不足以满足辅助负载的需求, 此时6个整流模块 (A1~A6) 将继续从牵引绕组获取能力, 工作在整流状态, 为中间直流环节提供电能, 确保中间直流环节电压稳定在适当的值, 以满足辅助负载当前所需的电能。

3) 如果牵引电机M1~M3再生制动产生的电能能满足变频变压支路辅助负载的供电需求且有富余能力, 而牵引电机M4~M6再生制动产生的电能无法满足定频定压支路辅助负载的供电需求, 此时整流模块 (A1~A3) 将工作在逆变工况, 将多余电能反馈至电网, 整流模块 (A4~A6) 将工作在整流工况从电网获取电能以确保中间直流环节电源稳定在适当的值, 以满足定频定压辅助系统负载所需的电能。而牵引电机M1~M3再生制动产生的电能无法满足变频变压支路辅助负载的供电需求, 牵引电机M4~M6再生制动产生的电能能满足定频定压支路辅助负载的供电需求时的工况同上述情况类似。

2.3 机车过分相工况

当机车进入分相区时, 牵引系统从网络系统获得过分相预告信号, 牵引力按一定大小进行卸载, 卸载至零时, 牵引系统将自动从牵引工况转至再生制动工况, 随即主断路器自动断开, 四象限整流器 (A1~A6) 模块被封锁。系统将根据机车进入分相前辅助系统所需的容量来控制机车再生制动, 此时再生制动产生的电能将作为辅助负载电源。为确保机车在最恶劣条件下仍然顺利通过分相区, HXD1D型电力机车完成自动过分相辅助系统不间断供电需满足规定的速度条件。

图2为截取的某台HXD1D型电力机车网络数据记录的机车在过分相期间部分设备的状态信息。从图中可以看出, 过分相的整个过程2台压缩机一直处于工作状态, 总风缸压力平缓上升, 而且从图中可以得出牵引变流器中间直流环节电压及辅助逆变器输出电压在整个过分相过程中输出平缓, 仅有极小的波动。

3 辅助系统不间断供电技术优越性

3.1 延长设备使用寿命

该项技术能有效减少机车辅助系统设备的启停次数。同时, 辅助负载对应的接触器、断路器等设备的电流通断频率也相应的减少, 这对提高设备的寿命有现实意义。

由于辅助系统不间断供电, 在机车过分相时控制电源柜能连续不间断的向控制电路的负载供电, 同时向蓄电池充电, 而不需要启用蓄电池维持控制电路负载的运作, 这对延长蓄电池的使用寿命具有关键作用。

3.2 提高机车可靠性

该项技术能保证主压缩机在过分相前后不间断工作, 确保机车有足够的风量, 有利于保证后部车辆的正常用风。

同时, 机车在分相区时, 以往机车的控制系统及监控系统等设备由蓄电池供电, 若此时蓄电池出现故障, 将会严重影响机车运行, 甚至造成列车停运。而HXD1D型电力机车在分相区时可保持控制电源模块进行供电, 而控制电源模块具有多重冗余功能, 即使控制电源模块出现故障仍可以使用蓄电池进行供电, 极大的提高了机车的可靠性。

3.3 降低司机操作强度

该项技术能保证机车通过分相区后快速恢复到分相区以前的状态, 同时保证了空调、暖风机、微波炉及烧水壶等生活设施的不间断使用, 对降低司机操作强度和改善司乘人员的生活环境具有重要意义。

4 结语

目前HXD1D型电力机车已批量投入运营, 总体运用情况良好, 其辅助系统不间断供电技术的优越性已逐步被用户发掘、认可。同时, 该项技术在提高机车辅助系统相关设备寿命、增强机车及部件可靠性、改善司乘人员操作环境等方面具有长远的意义, 为我国后续交流传动电力机车运用该项技术提供了参考。

为确保机车及车辆在任意工况下均能顺利通过分相区, 机车控制系统对辅助系统在过分相过程中不间断供电功能的投入设定了最低速度限制条件。

参考文献