CRH380A型動(dòng)車組輔助電源供電分析
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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(lái)，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(guò)“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(guò)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)?AC 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 為AC 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(méi)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(jiàn)表1和表2所列。
表1交流電路電源系統(tǒng)
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源 系統(tǒng) |
電源 |
電壓 |
車輛 |
負(fù)荷 |
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704、 754線 |
牽引變壓器3次 |
單相400V、 50Hz |
T1-1，T2-8 |
空調(diào)裝置、換 氣裝置 |
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司機(jī)室空調(diào) |
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T1-1，T2-8， M4-5 |
輔助電源（APU） |
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各車 |
電開(kāi)水爐 |
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771、 781、 791線 |
T1-1, M4-5,T2-8 APU-SIV |
三相 400 V±10%、 50 Hz |
M1-2，M3- 4， M5-6 |
牽引變壓 器油泵 （MTOPM） 牽引變壓器 電動(dòng)送風(fēng)機(jī) （MTrBM） |
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M車 |
牽引變流器 電動(dòng)送風(fēng)機(jī) （CIBM） 牽引電機(jī)電 動(dòng)送風(fēng)機(jī) （MMBM） |
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M2-3，M6-7 |
電動(dòng)空氣 壓縮機(jī) （compressor） |
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M4-5 |
廚房設(shè)備 |
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T1-1，T2-8 |
輔助整流器 （ARf） |
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302線 |
T1-1，T2-8 APU-AR- CVT |
單相 220 V±10%、 50 Hz |
M4-5 |
廚房設(shè)備 吧臺(tái)設(shè)備 |
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202線 |
T1-1，T2-8 APU-AR- CVT |
單相 100V±10%、 50 Hz |
各車 |
空調(diào)控制、空 調(diào)顯示設(shè)定器 |
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各車 |
給水裝置 |
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T1-1，T2-8 |
輔助制動(dòng) |
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251線 |
T1-1, T2-8 APU-ATr |
單相100 V、 50 Hz |
各車 |
電加熱器 溫水器 |
從圖2和表1可以看出，704、754電源母線（單相AC 400 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AC 220 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(kāi)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(méi)有升起，APU沒(méi)有啟動(dòng)，通過(guò)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DC 90 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(guò)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(kāi)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(wú)線裝置供電，正常情況下，經(jīng)由無(wú)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(wú)線電蓄電池切換接觸 器TWEmCgK常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，從無(wú)線電蓄電 池TWBat供電。無(wú)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。
表2直流電路電源系統(tǒng)
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電源 系統(tǒng) |
電源 |
電壓 |
車輛 |
負(fù)荷 |
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M1，M4， M6蓄電池 |
運(yùn)轉(zhuǎn)控制 （各受電弓升 |
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102線 |
D |
C 100 V |
弓、VCB控 |
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（Bat），103 線（BaK1， ON時(shí)） |
±10% |
M3，M5 |
制） |
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輔助空氣壓縮 機(jī) |
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輔助電路、監(jiān) |
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各車 |
控裝置、 制動(dòng)裝置、關(guān) |
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103線 |
T1-1， |
D |
C 100 V |
車門裝置 |
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T2-8，Arf |
±10% |
M車 |
牽引變流器控 制 |
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T1-1， |
ATP |
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T2-8 |
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各車 |
廣播、應(yīng)急燈 |
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各車 |
污物處理裝置 |
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102線 (RrLpCgK， |
D D |
C 100 V ±10% |
自動(dòng)廣播 |
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103B 線 |
ON時(shí)）103線 |
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(RrLpCgK， |
T1-1， |
標(biāo)志燈、刮雨 |
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O FF時(shí)） |
T2-8 |
器裝置 |
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空調(diào)控制、自 |
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103線 |
C 100 V ±10% |
動(dòng)門裝置、客 |
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115線 |
(BaK2，ON |
D |
各車 |
室照明、（空 |
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時(shí)） |
調(diào)）電動(dòng)送風(fēng) 機(jī)，影視系統(tǒng) |
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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(guò)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(lái)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(kāi)。當(dāng)一臺(tái)牽引變壓器出現(xiàn)故障時(shí)，通過(guò)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(kāi)狀態(tài)，則 ACK1 不能投入。通過(guò)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(guò)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(yǔ)
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?？傊?，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。
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