王光波

摘 要： 本文分析了某地鐵列車輔助供電系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)。列車輔助系統(tǒng)的供電網(wǎng)絡(luò)分為：輔助逆變器（DC/AC逆變器）、蓄電池充電器、蓄電池、高壓母線、中壓母線、低壓母線、照明設(shè)備與其它必需的輔助設(shè)備（繼電器、接觸器、空氣開關(guān)、控制器等）。并基于ALSTOM的設(shè)計(jì)，對(duì)該輔助控制系統(tǒng)的原理及功能，主要逆變模塊絕緣柵雙極型晶體管IGBT模塊構(gòu)成，進(jìn)行了簡單介紹。

關(guān)鍵詞：地鐵、輔助逆變器、蓄電池、列車照明

隨著中國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、城市化進(jìn)程的加快，隨著城市軌道交通不斷的發(fā)展壯大，城市軌道車輛的研制與開發(fā)也逐漸各方面所關(guān)注。某地鐵列車是由南車集團(tuán)南京浦鎮(zhèn)車輛公司與法國阿爾斯通公司合作生產(chǎn)的地鐵車輛，是地鐵車輛家族中載客量最大的一種。也是目前世界先進(jìn)的A型（M系列）寬體列車，目前正被南京、上海、新加坡等地多家地鐵所采用。

以下就某地鐵輔助供電系統(tǒng)進(jìn)行簡單分析介紹。

1.系統(tǒng)總體信息

某地鐵列車整車分為兩個(gè)車輛單元共有6輛車編組，其中每個(gè)單元由一輛帶駕駛室的拖車與兩輛動(dòng)車組成。通常6節(jié)車編組排列為 A – B – C – C– B – A。某地鐵列車輔助系統(tǒng)的供電網(wǎng)絡(luò)分為：輔助逆變器（DC/AC逆變器）、蓄電池充電器、蓄電池、高壓母線、中壓母線、低壓母線、照明設(shè)備與其它必需的輔助設(shè)備（繼電器、接觸器、空氣開關(guān)、控制器等）。

2.高壓母線

2.1.高壓配電

高壓電源由架空接觸網(wǎng)通過受電弓向整個(gè)列車高壓設(shè)備供電。高壓電源主要用于列車的牽引動(dòng)力設(shè)備與靜態(tài)逆變器。受流系統(tǒng)從接觸網(wǎng)吸收電能用于向列車供電，在列車每個(gè)單元的B車各配有一個(gè)受電弓裝置。兩個(gè)受電弓可同時(shí)向輔助系統(tǒng)高壓母線供電。整列車在兩個(gè)B車牽引箱中各設(shè)了一個(gè)1500VDC的車間電源插頭以代替受電弓向整列車的輔助系統(tǒng)供電。當(dāng)任何一個(gè)車間電源接通時(shí)，均能夠向整列車輔助系統(tǒng)供電。車間電源供電與受電弓供電之間設(shè)有聯(lián)鎖，采用二極管與牽引高壓母線隔離。以保證在任何時(shí)候列車僅有一種方式電源供電。靜態(tài)輔助逆變器通過高壓列車線供電，將其轉(zhuǎn)換為中壓然后再轉(zhuǎn)換成低壓。

3.中壓母線

3.1.中壓配電

輔助供電系統(tǒng)中的中壓母線主要由列車上的輔助逆變器通過中壓母線給列車上所有的交流負(fù)載供電。其中每一臺(tái)靜態(tài)逆變器提供一個(gè)獨(dú)立的3相電網(wǎng)，分別供本單元的設(shè)備。在一個(gè)輔助逆變器發(fā)生故障的狀況下，可通過TCMS輸出信號(hào)控制設(shè)在C車的中壓連接接觸器（MVAPK）對(duì)整列6輛車輔助系統(tǒng)的負(fù)載設(shè)備提供一半負(fù)荷用電。這時(shí)正常的輔助逆變器對(duì)整列6輛車輔助系統(tǒng)設(shè)備供電，此時(shí)空調(diào)減載運(yùn)行，每個(gè)車的空調(diào)一個(gè)保持通風(fēng)，一個(gè)正常工作。

4.低壓母線

4.1.低壓配電

DC110V低壓電源主要用于車門、緊急照明、乘客緊急通風(fēng)、通信、控制和數(shù)據(jù)處理，所有的負(fù)載根據(jù)需要分別由永久性低壓電路和預(yù)備低壓電路這兩條母線供電。每一個(gè)靜態(tài)逆變器箱體都有防止電流由預(yù)置低壓線向持久電壓線流動(dòng)的二極管，并防止電流從蓄電池回流。預(yù)備低壓電路通過斷路器或保險(xiǎn)絲為線路提供過電流保護(hù)。

5. 靜態(tài)輔助逆變器

5.1.輔助逆變器結(jié)構(gòu)

輔助變流器的主要功能塊包括：輸入電路三相逆變器，輸出隔離變壓器，逆變器輸出交流濾波器，冷卻系統(tǒng)與電池充電器。輔助逆變器箱安裝于A車底架，它由防護(hù)等級(jí)為IP20（通風(fēng)區(qū)域 ）和IP55（密閉區(qū)域 ）的不同隔間組成。

5.2.輔助逆變器運(yùn)行原理

當(dāng)DC1500V高壓通過牽引箱進(jìn)線進(jìn)入輔助逆變器，電子控制單元使預(yù)充電接觸器閉合。在輸入電壓達(dá)到900V后，主接觸器閉合，而預(yù)充電接觸器斷開。直流線路電壓通過輸入L-C濾波器，然后由逆變器控制器采用三相逆變器由6只靜止開關(guān)構(gòu)成，它用于將DC電壓轉(zhuǎn)換成AC電壓。逆變器系統(tǒng)采用“PWM”（“脈沖寬度調(diào)制”）方法進(jìn)行整形。采取PWM（脈沖寬度調(diào)節(jié)）策略控制逆變器，使變流器十分簡單逆變成近似正弦波的三相對(duì)稱交流電源。

AC輸出濾波器用三相輸出濾波器將PWM電壓方波平滑成正弦波，經(jīng)兩組獨(dú)立的三相隔離變壓器輸出。變壓器的第一個(gè)次級(jí)繞組通往400伏/50赫茲網(wǎng)絡(luò)。由于在該繞組中整合了一個(gè)電感器，因此三相L-C濾波器僅由一個(gè)三相電容器構(gòu)成。三相隔離變壓器線圈輸出的是三相四線制AC400V電源，容量230kVA，可滿足本單元三輛車輔助系統(tǒng)用電。在實(shí)際檢修作業(yè)中，逆變器將通過本單元B車牽引箱的IES來完成開箱前的保護(hù)隔離和接地放電。

5.3.輔助系統(tǒng)基本功能

逆變器的高壓輸入端有獨(dú)立的熔斷器。該輸入熔斷器被安裝在牽引逆變器中，用于保護(hù)逆變器前端的線路。DC/AC逆變器有一個(gè)輸入接觸器。AC/DC整流器（蓄電池充電器）的輸入由輸入電流監(jiān)控保護(hù)。

逆變器有自關(guān)閉和自恢復(fù)功能。一旦輸入/輸出發(fā)生突發(fā)事件，它將啟動(dòng)自關(guān)閉功能。在輸入/輸出正常后，它可以自動(dòng)的進(jìn)入到它的工作狀態(tài)。

輔助逆變器有重復(fù)啟動(dòng)的功能。輔助逆變器的保護(hù)由控制電子系統(tǒng)控制。在輔助逆變器控制電路中含有各種傳感器，其傳出的反饋信號(hào)能夠使控制電子系統(tǒng)一開始就作用，以便從得到任何損壞信息的同時(shí)保護(hù)逆變器，盡可能的維持逆變器的輸出。這就是，遇到許多故障，逆變器能自動(dòng)地重起動(dòng)而不需要駕駛員干預(yù)和處理。

6.蓄電池

6.1蓄電池基本要求

列車配有2個(gè)蓄電池箱組位于A車底架下。每個(gè)子部件裝有42塊鎳鎘蓄電池，蓄電池采用容量160Ah帥得福堿性蓄電池。電壓范圍符合IEC60077，額定電壓為DC110 V，直流負(fù)載在77至137.5V可以正常工作。每組蓄電池有兩個(gè)中央加水系統(tǒng)，蓄電池安裝在不銹鋼下部箱體中。

二極管設(shè)置在靜止逆變器的輸出端，是為了防止125Vdc電流逆流向蓄電池。蓄電池能夠被位于底架上的低壓和中壓箱中的一個(gè)手動(dòng)開關(guān)（正負(fù)端同時(shí)斷開）與低壓網(wǎng)絡(luò)隔離 。蓄電池組的電池都以鎳鎘技術(shù)為基礎(chǔ)，在兩極采用兩只200A保險(xiǎn)絲BAMF1和BAMF2保護(hù)+和-端子防止過電流。安裝在蓄電池架的溫度傳感器向輔助逆變器提供溫度信息。

6.2.蓄電池工作運(yùn)行

位于每節(jié)A車蓄電池通過蓄電池充電器充電。如果蓄電池充電器停止使用，其相應(yīng)蓄電池就不充電。人工操縱的蓄電池隔離開關(guān)BIS可以使蓄電池與低壓電網(wǎng)隔離。如果列車被喚醒并且輔助逆變器在工作，就按照如下方式管理失去的1500V：T = T0 失去1500V =>失去400V/230V =>正常燈熄滅，應(yīng)急燈繼續(xù)亮著，緊急通風(fēng)啟動(dòng)；T0+45m => 緊急通風(fēng)切斷：A/C單元軟件；T0+50m => 列車自動(dòng)被置于休眠方式：應(yīng)急燈熄滅。供電50分鐘時(shí)，蓄電池的端電壓還必須大于84 V。對(duì)于該情況，如果蓄電池電壓低于84V，10分鐘的時(shí)間后列車自動(dòng)休眠。如果列車部分被喚醒（只有蓄電池被喚醒，但受電弓沒有提起），10分鐘后將列車自動(dòng)休眠。

7.列車照明系統(tǒng)

7.1.司機(jī)室照明

司機(jī)室照明與客室照明相互獨(dú)立，照明燈的設(shè)置應(yīng)避免司機(jī)臺(tái)上出現(xiàn)陰影和產(chǎn)生影響司機(jī)視線的反射光。所有設(shè)備在駕駛操縱臺(tái)上提供的可讀信息（比如監(jiān)視器、速度顯示器、量表等）應(yīng)該能夠容易、清楚地看見。司機(jī)室由兩盞橫向布置的燈提供照明。這兩盞燈由司機(jī)臺(tái)上的一個(gè)開關(guān)控制。

7.2.客室照明

車內(nèi)乘客照明位于列車頂部天花板，并混合了正常照明和應(yīng)急照明的兩根縱向光帶。每節(jié)車廂內(nèi)的正常照明燈都采用相同的布置?？褪艺彰髋鋫淞?30Vac熒光燈管，在230V（正常照明）電壓和110VDC（應(yīng)急照明）電壓正常的情況下，車廂內(nèi)的任意一點(diǎn)不得小于300勒克斯。

司機(jī)可通過使用NLCS（客室燈控制）開關(guān)選擇燈的模式。他可通過“手動(dòng)”位置來打開或關(guān)掉客室燈。另外，他可選擇“自動(dòng)”位置使客室燈根據(jù)光敏元件（位于司機(jī)室前側(cè)外部）接受到的外部光線的強(qiáng)度自動(dòng)控制客室燈的開關(guān)。

7.3.列車頭部照明

列車頭部照明安裝A車司機(jī)室的前方，由兩個(gè)頭燈和兩個(gè)尾燈構(gòu)成。每側(cè)一個(gè)頭燈配對(duì)一個(gè)尾燈。頭部照明采用DC110V＼DC24V變換器提供的DC24V電源。頭燈的設(shè)計(jì)能夠照亮前方的軌道，司機(jī)能夠以便司機(jī)對(duì)線路的了望，目測(cè)軌道有無障礙物并指示列車運(yùn)行的方向。尾燈的設(shè)計(jì)能夠確保運(yùn)行的列車為后繼列車發(fā)出在線上的信號(hào)，使列車在軌道上能夠被后續(xù)列車的司機(jī)看見。

總結(jié)：

某地鐵正處于列車運(yùn)營的初期，列車輔助系統(tǒng)的運(yùn)行相對(duì)比較平穩(wěn)。雖然國內(nèi)大多數(shù)地鐵列車的輔助系統(tǒng)依然采用國外先進(jìn)技術(shù)，在國內(nèi)進(jìn)行生產(chǎn)組裝。但希望不久的將來，通過對(duì)輔助系統(tǒng)技術(shù)的吸收研究與開發(fā)，使整個(gè)系統(tǒng)完全實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。

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