熊 輝

（南車浦鎮(zhèn)車輛有限公司，江蘇 南京 210031）

1 引言

印度孟買地鐵一號(hào)線項(xiàng)目是我公司第一個(gè)純自主集成的整車地鐵出口項(xiàng)目，也是我公司第一個(gè)市場(chǎng)性質(zhì)的不銹鋼車體項(xiàng)目，將為我公司開辟印度市場(chǎng)奠定基礎(chǔ)，也將承擔(dān)起我公司動(dòng)車設(shè)計(jì)平臺(tái)的建設(shè)重任。該項(xiàng)目前期車輛采用四編組形式，在兩個(gè)帶司機(jī)室和受電弓的拖車上各安裝有一臺(tái)三菱NC－ZFHT219 A輔助變流器，兩臺(tái)輔助逆變器為全車的輔助設(shè)備供電。

2 三菱NC－ZFHT219A輔助變流器

三菱 NC－ZFHT219A輔助變流器將從主變壓器輔助繞組處獲得的單相AC470 V電壓變換成三相AC415 V電壓，為空調(diào)、空氣壓縮機(jī)、冷卻風(fēng)機(jī)等輔助設(shè)備提供穩(wěn)定的三相交流電源。其由輸入電路、脈沖整流、直流回路、三相逆變、輸出交流濾波電路、控制單元六部分組成。輔助變流器內(nèi)部電路示意圖參見圖1。

圖1 輔助變流器內(nèi)部電路示意圖

三菱SIV電氣技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 三菱SIV電氣技術(shù)參數(shù)

3 孟買地鐵一號(hào)線前期車輛輔助供電系統(tǒng)配電

孟買地鐵一號(hào)線前期車輛編組和SIV的安裝位置見圖2。其中，DT車為帶司機(jī)室和受電弓的拖車，M 車為動(dòng)車，所選用的兩臺(tái)SIV分別安裝于兩臺(tái)DT車的底架上。

圖2 四編組列車和SIV安裝示意圖

輔助變流器負(fù)載包括三相交流負(fù)載和充電機(jī)負(fù)載，見圖3。列車在正常運(yùn)行時(shí)，輔助變流器只負(fù)責(zé)本單元的AC415 V負(fù)載供電，當(dāng)一臺(tái)輔助逆變器出現(xiàn)故障時(shí)，可以通過拓展供電接觸器實(shí)現(xiàn)拓展供電，由正常運(yùn)行的輔助變流器負(fù)責(zé)全列車中壓供電，此時(shí)空調(diào)負(fù)載為半載狀態(tài)（客室空調(diào)的兩臺(tái)機(jī)組，一臺(tái)正常工作，一臺(tái)只保持通風(fēng)狀態(tài)）。

圖3 四編組車輛輔助變流器配電圖

4 輔助變流器的容量計(jì)算和選型

4.1 孟買一號(hào)線四編組SIV容量計(jì)算

孟買一號(hào)線輔助變流器容量的計(jì)算條件為：①SIV功率因數(shù)為0.85，充電機(jī)效率為0.95；②輔助系統(tǒng)中低壓負(fù)載和低壓配電具體描述；③中低壓AC415 V、AC240 V、DC110 V輸出，在各自設(shè)備輸出容量極限值與輔助系統(tǒng)總?cè)萘繕O限內(nèi)根據(jù)實(shí)際負(fù)載情況，進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整。

對(duì)于三相交流負(fù)載，因夏季負(fù)荷比較大（冬季時(shí)空調(diào)壓縮機(jī)不工作），考慮負(fù)載均以夏季最惡劣工況進(jìn)行，列車交流負(fù)載見表2。

表2 孟買一號(hào)線四編組車輛夏季交流負(fù)載

根據(jù)此工況下中壓交流負(fù)載分配大小，計(jì)算所有交流負(fù)載之和為∑P有功為126.04 kW，∑Q無功為90.57 kVar。在正常情況下，可得兩臺(tái)SIV的功率為：

若其中的一臺(tái)SIV出現(xiàn)故障，那么整列車中壓負(fù)載都由正常的SIV供電，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，此時(shí)除了通風(fēng)機(jī)外所有客室空調(diào)負(fù)載功率都降為正常工作時(shí)的一半。根據(jù)此工況下中壓交流負(fù)載分配大小，計(jì)算所有交流負(fù)載之和為∑P有功為147.60 kW，∑Q無功為109.45 kVar。假設(shè)輔助變流器SIV1發(fā)生故障，輔助變流器SIV2正常工作，那么SIV2的容量應(yīng)至少滿足：

四編組列車直流負(fù)載，見表3。

在進(jìn)行充電機(jī)容量計(jì)算時(shí)，只考慮一臺(tái)充電機(jī)發(fā)生故障的情況，此時(shí)由一臺(tái)充電機(jī)為全列車的DC110 V直流負(fù)載供電。充電機(jī)負(fù)載包括：DC110 V直流負(fù)載，單相240 V負(fù)載和蓄電池負(fù)載。

由表3可得，DC110 V負(fù)載最大功率為19.31 kW，而所選蓄電池容量為160 AH（充電系數(shù)為0.2），蓄電池充電電流為160×0.2＝32 A，那么一組蓄電池的等效負(fù)載為32 A×110 V＝3.52 kW。

綜上可得充電機(jī)DC110 V負(fù)載總?cè)萘繛椋?9.31＋3.52＝22.83 kW。

在一臺(tái)SIV故障時(shí)AC415 V負(fù)載容量最大，為183.75 kVA；充電機(jī)DC110 V負(fù)載容量為22.83 kW。那么SIV總?cè)萘繎?yīng)為：

4.2 過載能力校驗(yàn)

通過4.1節(jié)的計(jì)算可得，當(dāng)一臺(tái)SIV發(fā)生故障時(shí)，輔助變流器負(fù)載容量為204.85 kVA；而一臺(tái)空壓機(jī)和一臺(tái)客室空調(diào)壓縮機(jī)容量為22.08 kVA，剩余負(fù)載容量為182.77 kVA。

剩余負(fù)載電流為：182.77×1 000/415/1.732＝254.28 A。

空調(diào)壓縮機(jī)啟動(dòng)電流為：106 A，3 s。

空氣壓縮機(jī)啟動(dòng)電流為：52 A，3 s（空氣壓縮機(jī)采用軟啟動(dòng)，額定電流為13 A，啟動(dòng)電流為額定電流4 倍）。

總電流：254.28＋106＋52＝412.28 A。

SIV 瞬間啟動(dòng)容量為：412.28×415×1.732＝296.34 kVA。

三菱 SIV 的額定容量為 219 kVA，此時(shí)過載能力為：296.34/219＝135 %，而三菱SIV的過載能力為150 %，持續(xù)時(shí)間10 s，因此完全能夠滿足過載能力要求。

4.3 設(shè)計(jì)選型

三菱NC－ZFHT219A輔助變流器性能符合IEC 61287－1標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)也滿足印度孟買當(dāng)?shù)丨h(huán)境的特殊要求，其額定功率和孟買地鐵一號(hào)線四編組列車在各工況下的負(fù)載情況，見表4。

表4 三菱輔助變流器和四編組列車各工況下中低壓負(fù)載功率情況對(duì)照

通過對(duì)比可得如下結(jié)論：四編組列1臺(tái)SIV發(fā)生故障時(shí)，輔助變流器所需容量最大為204.85 kVA，SIV選用三菱成熟產(chǎn)品，額定容量為219 kVA，完全滿足交直流負(fù)載容量和要求。

5 結(jié)束語

列車輔助逆變器具有很高的技術(shù)要求，包括在很大的電壓波動(dòng)范圍內(nèi)（－33.3 %～＋20 %）輸出額定功率；在SIV的型式試驗(yàn)中要經(jīng)受負(fù)載突變、網(wǎng)壓突變、重復(fù)起動(dòng)、過載能力等種種考驗(yàn)；要求具有較強(qiáng)的暫時(shí)過載能力，輸出電壓諧波畸變率要求少于10 %，而孟買客戶用戶要求小于8 %；對(duì)低壓電源負(fù)載，SIV也要考慮到足夠的冗余量。在孟買地鐵一號(hào)線投入運(yùn)營(yíng)之后，相信三菱NC－ZFHT219A輔助變流器一定能夠滿足車輛的正常運(yùn)行要求。