劉恩朋

（南車青島四方機車車輛股份有限公司，山東 青島266000）

0 引言

輔助供電系統(tǒng)是列車上至關(guān)重要的功能系統(tǒng)。它用作車輛空調(diào)、電熱采暖、照明、空氣壓縮機、各系統(tǒng)控制電路及列車監(jiān)視系統(tǒng)、車載信號和通信設(shè)備等的電源，是列車系統(tǒng)不可缺少的一部分，下面介紹一下北京打鐵14號線輔助供電系統(tǒng)。

輔助供電系統(tǒng)組成：

北京地鐵14號線輔助供電系統(tǒng)包括：隔離開關(guān)和熔斷器（位于PH箱高壓部分）、不采用高速斷路器（使用ACM熔斷器和線路接觸器實現(xiàn)保護）、LC輸入濾波器、輔助逆變器模塊（ACM）、控制單元DCU/A、三相交流濾波器、輸出變壓器、DC110V整流裝置（位于輔助充電機AB箱內(nèi)）、DC110V/DC24V電源變換器、蓄電池組、緊急通風(fēng)用逆變器。

輔助逆變器的功率元件采用大功率電力電子器件IGBT，其控制采用微機控制并有自診斷功能。輔助逆變器工作電壓：額定電壓：DC1500V，電壓波動范圍：DC1000V～DC1800V，當(dāng)列車處于再生制動時其輸入電壓可達DC1980V。6輛編組列車的靜止逆變器總?cè)萘繛?*117kVA=468kVA。

1 容量及輸出能力

為保證輔助電源系統(tǒng)最大可用性，每列車安裝4組獨立的輔助電源裝置即靜止逆變器(SIV)和2組蓄電池組，這保證即使一臺輔助逆變器故障列車也無任何降級，輔助電源裝置采用分散布置,其輸出能力將滿足6輛編組列車各種負(fù)載工況的用電要求。

交流輸出：三相AC380V，50Hz，三相四線制（含單相220V）

容量：每臺117kVA；四臺逆變器總?cè)萘?×117kVA=468kVA

負(fù)載：空調(diào)或電熱采暖裝置、幅流風(fēng)機、空氣壓縮機組、客室及司機室照明、DC110V整流裝置和DC110V/DC24V電源變換器等。

負(fù)載功率因數(shù)： ＞0.85(感性負(fù)載)

電壓精度： 380V±5%

頻率精度： 50Hz±1Hz

波形畸變因數(shù)： ＜5%（適用于無源負(fù)載和轉(zhuǎn)動負(fù)載，不適用于逆變器負(fù)載，因為逆變器負(fù)載將畸變電源的電流和電壓）

瞬間電壓變化范圍：±20%以內(nèi)(負(fù)載突變從100%到70%額定值或從70%到100%額定值，輸入電壓突變DC±300V/20ms)

瞬間電壓變化調(diào)整時間：＜0.1秒。

直流輸出：DC110V：

總?cè)萘浚好颗_25kW，兩臺蓄電池充電機總?cè)萘?×25kW=50kW電壓精度：110V±3%

紋波系數(shù)：＜5%

瞬間電壓變化范圍：±20%以內(nèi)(負(fù)載突變從100%到70%額定值或從70%到100%額定值，輸入電壓突變DC±300V/20ms)瞬間電壓變化調(diào)整時間：＜0.1秒。

用于對110V蓄電池組進行浮充電，具有蓄電池箱溫度補償控制功能。通過蓄電池充電機變壓器的三相電壓在二極管橋中整流并通過升壓斬波器控制在預(yù)設(shè)值。此功能將三相電壓以及蓄電池充電機輸出分別控制在理想范圍。斬波器的IGBT元件通過ACM中的控制單元控制。

直流輸出：DC24V

總?cè)萘浚?每臺持續(xù)功率2080W，兩臺總?cè)萘考s為4kW

電壓精度： 24V±3%

紋波系數(shù)： ＜5%

瞬間電壓變化范圍：±20%以內(nèi)(負(fù)載突變從100%到70%額定值或從70%到100%額定值，輸入電壓突變DC±300V/20ms)

瞬間電壓變化調(diào)整時間：＜0.1秒

輔助電源系統(tǒng)的中壓母線由4臺輔助逆變器并網(wǎng)供電。中壓母線貫穿于整列車給整列車的中壓負(fù)載同時供電。中壓接觸器用于將輔助逆變器與中壓母線隔離。正常情況時，接觸器處于閉合狀態(tài)并且所有的輔助逆變器處于并聯(lián)供電模式；當(dāng)發(fā)生故障時，中壓接觸器可以將故障輔助逆變器隔離。

中壓母線上的所有負(fù)載都將提供獨立的接觸器用來保護。當(dāng)任意一個負(fù)載故障時，接觸器將斷開負(fù)載和中壓母線的連接以確保中壓母線不受影響。

在列車中間將一臺安裝母線接觸器，萬一母線短路時，不需要將整條母線全部隔離。

在進行電路的設(shè)計時，嚴(yán)格堅持故障導(dǎo)向安全原則，供電電路分系統(tǒng)設(shè)計，每個電路分別設(shè)置容量合理的空氣自動開關(guān)，用于過流和短路保護，這樣即可避免故障擴大化，也實現(xiàn)了對輔助電源設(shè)備的隔離保護。

眾所周知，交流負(fù)載在啟動的瞬間具有較大的電流沖擊（超出數(shù)倍的額定電流），當(dāng)所有的交流負(fù)載同時啟動的情況下，沖擊電流將會疊加，對輔助電源將會造成極大的沖擊，輔助電源將啟動過流保護，也存在對設(shè)備本身造成破壞的風(fēng)險。

為了實現(xiàn)利益最大化和運營安全，在充分考慮各種因素的前提下，充分利用輔助電源本身允許的過流特性，設(shè)置合理的輔助電源容量。

2 輔助容量計算

2.1 正常運行

380VAC/220VAC負(fù)載：

根據(jù)交流負(fù)載統(tǒng)計表，夏季時正列車的交流負(fù)載最大，此時整列車的交流負(fù)載為394.7kVA。

根據(jù)配置，每個輔助變流器將承擔(dān)394.7/4=98.675kVA，所以每個容量為117kVA的輔助逆變器在正常運行時具有16%的余量。

110VDC負(fù)載（含DC24V負(fù)載）：

根據(jù)DC110V負(fù)載統(tǒng)計表，整列車的總的直流負(fù)載為24.33KW（含DC24V負(fù)載）。因此，每個AC/DC蓄電池充電機模塊將承擔(dān)24.33/2=12.165kW。每個AC/DC蓄電池充電機可以提供高達25kW的功率，滿足要求。

2.2 故障運行

一個輔助變流器故障情況：

如果一個ACM故障，其它正常工作的每個ACM需要承擔(dān)421.8kVA/3=140.6kVA的負(fù)載以實現(xiàn)全冗余，剩余的每個ACM可以提供150kVA（冷卻風(fēng)扇全速）的功率，三臺ACM可提供450kVA，大于整列車交流負(fù)載394.7kVA，即：完全冗余的輔助系統(tǒng)，負(fù)載不需要減載運行。AC/DC蓄電池充電機由共用的交流母線供電，因此蓄電池充電機沒有任何影響。

兩個輔助變流器故障情況：

如果兩個輔助變流器故障，剩余的兩臺ACM可以承擔(dān)300kVA（冷卻風(fēng)扇全速）的負(fù)載。在這種狀態(tài)下：

夏季：

每輛車有一個空調(diào)機單元正常工作，另一個空調(diào)單元的通風(fēng)仍能正常工作列車所有負(fù)載的容量僅為256.7 kVA，小于可以兩臺ACM可以承擔(dān)的300kVA容量，滿足運用需求。

冬季：

由于空調(diào)機組僅處于通風(fēng)狀態(tài)，全列車正常工作的輔助負(fù)載容量共有243.22 kVA，小于可以兩臺ACM可以承擔(dān)的300kVA容量，滿足運用需求。

一個蓄電池充電機故障：

如果一臺AC/DC蓄電池充電機故障，另一臺蓄電池充電機需要提供23.93kW（含DC24V負(fù)載）的功率以實現(xiàn)全冗余，剩余的一臺蓄電池充電機可以提供25kW的輸出容量給整列車的DC110V負(fù)載（含DC24V負(fù)載）供電，即為全冗余的低壓電源供給系統(tǒng)。

3 結(jié)束語

車輛相關(guān)各系統(tǒng)與輔助電源系統(tǒng)電氣接口配合的好壞直接關(guān)系到列車是否能夠維持正常運營和為乘客提供優(yōu)良、舒適的乘車環(huán)境。輔助電源容量大小直接關(guān)系到各負(fù)載設(shè)備特別是空調(diào)機組和空氣壓縮機能否正常工作，需要根據(jù)車輛的配置和以往項目的經(jīng)驗保證全車各用電設(shè)備的正常工作，并考慮到輔助電源故障的情況及空調(diào)機組和空氣壓縮機瞬間啟動電流對輔助電源的沖擊。因此，輔助電源的容量計算至關(guān)重要，體現(xiàn)了車輛供貨商的集成能力。

［1］GB/T 7928-2003地鐵車輛通用技術(shù)條件[S].

［2］龐巴迪運輸瑞典有限公司,北京地鐵14號線輔助系統(tǒng)技術(shù)說明[Z].