基于CRH380A型动车组辅助供电系统的研究

    引 言

    自2007 年4 月18 日，中国铁路实施了第六次大面积提速以来，相继运行在我国铁路上的四种高速动车组分别是CRH1、CRH2、CRH3、CRH5.主要引进加拿大庞巴迪、日本川崎重工、德国西门子及法国阿尔斯通国外原型车技术，通过“引进，消化，吸收再创新”,设计生产具有我国自主知识产权的动车组产品系列。

    CRH2-380 型动车组是动力分散交流传动动车组，有8 辆编组和16 辆编组，分别称为CRH380A和CRH380AL 型动车组，是在CRH2C 型平台成熟可靠的基础上，通过速度提升和优化设计，由中国南车四方机车车辆股份有限公司生产。

    高速动车组技术凝聚了各项复杂的技术，而辅助供电系统作为动车组的重要组成部分，它不仅仅影响着乘坐的舒适性，更关系着动车组能否正常驾驶。为了保证动车组能够长时间稳定安全运行，就需要辅助电源系统为辅助设备提供高效稳定的电源。

    1 动车组辅助电源系统

    1.1 系统构成

    CRH380A 型动车组由6 辆动车、2 辆拖车共8 辆车构成编组。编组配置如图1 所示，其中T1、T2 为拖车，M1~M6为动车。

    辅助供电系统主要包括辅助电源系统、电源分配系统、辅助用电设备。其主要任务是为列车内的各负载提供交流或直流电源，如空调、采暖、通风、照明、制动、牵引系统、冷却风扇、控制单元等，保证列车安全运行，为旅客提供舒适的旅行环境。CRH380A 型动车组的全列车共三台辅助电源装置(APU1/APU2/APU3)，APU1/APU2 是向牵引变流器等各种通风机及辅助整流装置(ARf)等提供三相AC 400 V、50 Hz 电源装置，并且还内置有把牵引变压器三次输出AC 400 V 变为AC 100 V 的辅助变压器(ATr)，安装在两头车的车底下。辅助整流器ARf 是对APU1/APU2 输出的3 相AC 400 V 进行整流，提供DC 100 V 电源装置，并且还内置有将APU1/APU2输出AC 400 V 电压变压为AC 100 V 的变压器(TR3)，和变为AC 220 V 的变压器(TR4)。辅助电源装置APU3 是向4 号、5 号车的牵引变流器等各种通风机提供3 相AC 400 V、50 Hz电源装置，安装在5 号车车底下，没有辅助变压器(ATr) 和辅助变流器(ARf)。

    1.2 系统供电原理

    辅助电源供电原理框图如图2 所示。

    交流、直流电源及负载设备见表1 和表2 所列。

    从图2 和表1 可以看出，704、754 电源母线(单相AC400 V/50 Hz)为牵引变压器辅助绕组输出电源。771、781、791 电源母线(三相AC 400 V/50 Hz)为辅助电源装置APU的逆变器输出电源。302 线是辅助整流器箱输出的单相AC220 V/50 Hz 电源母线，只是向5 号车小卖部电气设备供电。

    在其他车中都取消了客室插座。202 线是辅助整流器箱输出的单相稳定的AC 100 V/50 Hz 电源母线，向空调控制装置、辅助制动装置等设备提供控制电源。251 线是从辅助电源箱的辅助变压器ATr 输出的单相不稳压的AC 100 V/50 Hz 电源母线，只是向整列车的电加热设备提供电源。

    从图2 和表2 可以看出，102 线系统从M1-2、M4-5、M6-7 号车蓄电池组输出电源，为列车运转控制、辅助空气压缩机提供电源，当完成受电弓升弓时，VCB 闭合，辅助电源装置启动之后，接通蓄电池接触器BatK1 与103 线连接，蓄电池从辅助整流器ARf 得到充电。当电压检测电路检测到蓄电池电压异常下降时，断开蓄电池接触器BatK1,停止蓄电池向负载供电。103 线电源系统在整列车中贯通，在动车组启动初期，受电弓没有升起，APU 没有启动，通过闭合蓄电池接触器BatK1 与102 线电源系统连接，从蓄电池获得DC90 V 电压。动车组上电完毕，闭合辅助整流器接触器ArfK,103 线从辅助整流器获得DC 100 V 电源。103B 线系统平时通过应急灯切换接触器RrLpCgK 的常闭接点，由103 线供电，当接触网停电时，经由RrLpCgK 的常开接点，由102 线供电。115 线系统经由蓄电池接触器BatK2 闭合与103 线接通，给空调控制、自动门、影视系统等提供电源。118A 线系统给1、8 号车的列车无线装置供电，正常情况下，经由无线电蓄电池切换接触器TWEMCgK 的常闭触点从103 线系统获得DC 100 V 电源。当接触网停电时，无线电蓄电池切换接触器TWEMCgK 常闭触点断开，常开触点闭合，从无线电蓄电池TWBat 供电。无线电蓄电池TWBat 经由103 线充电，在母线与蓄电池之间有个功率二极管，避免反充。

    2 扩展供电

    2.1 3 次电源扩展供电

    牵引变压器辅助绕组输出单相AC 400 V、50 Hz 不稳定电源通过交流电磁接触器ACK1 连接704、754 线。设置交流电磁接触器ACK2 防止来自相邻两个变压器系统的电源的混乱接触，保持不间断打开。当一台牵引变压器出现故障时，通过监控器的显示器输入3 次电源感应指令，将704、754 线在编组中贯穿，由另一台变压器3 次绕组供给电源。但当由外部电源供电时，外部电源继电器EXR2 的常闭接点处于打开状态，则ACK1 不能投入。通过连接外部电源连接器插座EXConR给列车充电。

    2.2 APU 扩展供电

    APU1/APU2 在一列编组的两台中有一台发生故障情况下，通过闭合扩展供电接触器BKK,由另一台给编组的全部负载提供容量。APU3 自带供电转换接触器，并输入另台辅助电源装置APU2 的3 相AC 400 V 电压。APU3 自身的3 相AC400 V 电源与输入的APU2 的3 相AC 400 V 电源互为联锁，正常情况下由APU3 给动力单元的通风机供电，APU3 发生故障时，自动转换到由APU2 提供4、5 号车的3 相AC 400 V负载容量。

    3 结 语

    CRH380A 型动车组全列车共三台辅助电源装置，可以输出6 种电压制式的电源，分别为单相AC 400 V 不稳定电源系统、单相AC 100 V 不稳定电源系统、三相AC 400 V 稳定电源系统、单相AC 100 V 稳定电源系统、单相AC 220 V 稳定电源系统、DC 100 V 电源系统，可以为该型车复杂的用电设备供电。另外，辅助电源扩展供电技术使一台变压器或者辅助电源出现故障时，另一台变压器或者辅助电源给负载供电，保证了列车安全运行和旅客乘坐的舒适性。总之，辅助电源系统是现代高速动车组技术重要的组成部分，是维护列车许多重要功能必不可少的。

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