胡正偉，董利芳，焦芳芳，高興華，馬子奕

（中車唐山機(jī)車車輛有限公司 產(chǎn)品技術(shù)研究中心，河北唐山063035）

福州地鐵1號(hào)線輔助供電系統(tǒng)擴(kuò)展供電設(shè)計(jì)

胡正偉，董利芳，焦芳芳，高興華，馬子奕

（中車唐山機(jī)車車輛有限公司 產(chǎn)品技術(shù)研究中心，河北唐山063035）

簡(jiǎn)要分析了地鐵車輛輔助供電系統(tǒng)的3種供電技術(shù)特點(diǎn)，介紹了應(yīng)用于福州地鐵1號(hào)線的擴(kuò)展供電技術(shù)電氣設(shè)計(jì)、控制接口信號(hào)設(shè)計(jì)及TCMS實(shí)施擴(kuò)展供電的邏輯設(shè)計(jì)。

福州地鐵1號(hào)線；擴(kuò)展供電；電氣設(shè)計(jì)；控制邏輯

福州市軌道交通1號(hào)線一期工程（以下簡(jiǎn)稱福州地鐵1號(hào)線）采用B2型電動(dòng)客車，編組方式4動(dòng)2拖：Tc1－Mp1－M1－M2－Mp2－Tc2。福州地鐵1號(hào)線車輛由中車唐山公司集成制造，牽引電氣及控制系統(tǒng)由株洲中車時(shí)代電氣提供。全線采用直流1 500 V接觸網(wǎng)供電方式，輔助供電系統(tǒng)采用擴(kuò)展供電技術(shù)。于2016年5月在南段9站開通試運(yùn)營(yíng)以來，經(jīng)運(yùn)營(yíng)測(cè)試，輔助供電系統(tǒng)能充分滿足列車的正常運(yùn)營(yíng)需求。本文針對(duì)福州地鐵1號(hào)線擴(kuò)展供電技術(shù)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

1 地鐵車輛3種輔助供電技術(shù)

地鐵車輛輔助供電系統(tǒng)存在3種供電技術(shù)：交叉供電、并網(wǎng)供電和擴(kuò)展供電［1］。正常情況下，3種供電技術(shù)的供電性能相同；降級(jí)模式下，存在一定的差異。降級(jí)模式分為3種情況：輔助供電單元（以下簡(jiǎn)稱SIV）自身故障、母線局部短路故障和列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱TCMS）故障。

SIV自身故障時(shí)，并網(wǎng)供電和擴(kuò)展供電在供電網(wǎng)絡(luò)上冗余設(shè)計(jì)，保證除空調(diào)等保證乘客舒適度的設(shè)備外，其余關(guān)鍵設(shè)備能正常工作。

母線局部短路故障時(shí)，對(duì)于交叉供電技術(shù)，兩路交流供電母線分別為列車兩組交流負(fù)載供電，相關(guān)供電線路的SIV故障時(shí)將被保護(hù)而處于封鎖狀態(tài)，則該供電線路上的交流負(fù)載將停止運(yùn)行；對(duì)于并網(wǎng)供電技術(shù)，各SIV輸出至同一條貫穿全列的交流母線上，當(dāng)交流母線上某一點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)，則整列車的交流供電母線受到影響，則全列交流負(fù)載將停止運(yùn)行，直至短路故障排除；對(duì)于擴(kuò)展供電技術(shù)，由于兩個(gè)牽引單元的供電線路由擴(kuò)展接觸器分?jǐn)?，此時(shí)只需要斷開局部短路故障的母線，另一牽引單元的供電不受影響。

TCMS故障時(shí)，對(duì)于交叉供電技術(shù)，輔助供電系統(tǒng)可正常運(yùn)行，僅有一些過程數(shù)據(jù)和故障數(shù)據(jù)無法被列車控制系統(tǒng)記錄；對(duì)于并網(wǎng)供電和擴(kuò)展供電技術(shù)，TCMS故障將直接終止這兩種供電技術(shù)的實(shí)施，但由于TCMS采用冗余設(shè)計(jì)，完全失效的概率較低，而且本地控制模式也能保證列車設(shè)備的正常運(yùn)營(yíng)，只是不能進(jìn)行優(yōu)化配置。

在方案設(shè)計(jì)階段，綜合3種供電技術(shù)的特點(diǎn)及牽引電氣供應(yīng)商的應(yīng)用業(yè)績(jī)，提報(bào)業(yè)主認(rèn)可，福州地鐵1號(hào)線輔助供電系統(tǒng)最終選擇擴(kuò)展供電技術(shù)。

2 電氣原理設(shè)計(jì)

擴(kuò)展供電電氣原理圖如圖1所示。

圖1 擴(kuò)展供電電氣原理圖

當(dāng)Tc1車SIV和Tc2車SIV都正常工作時(shí)，一路交流母線貫穿整列車，但KMK處于斷開狀態(tài)，每個(gè)SIV為本單元的所有交流負(fù)載供電。當(dāng)其中一個(gè)SIV故障時(shí)，TCMS控制KMK閉合，由正常工作的SIV為全列的交流負(fù)載供電，考慮到SIV的容量限制，此時(shí)對(duì)滿足乘客舒適性的空調(diào)設(shè)備進(jìn)行部分減載運(yùn)行，以保證空壓機(jī)、通風(fēng)機(jī)、牽引及輔助系統(tǒng)的冷卻風(fēng)機(jī)等重要設(shè)備正常運(yùn)行［2］。

如圖1所示，在Tc1車SIV輸出側(cè)和Tc2車SIV輸出側(cè)各設(shè)計(jì)一個(gè)交流輸出檢測(cè)繼電器，即使由于某種原因誤動(dòng)作引起導(dǎo)致K3吸合，只要繼電器K1、K2檢測(cè)到兩SIV裝置有交流輸出，K1、K2都吸合，此時(shí)KMK也不會(huì)吸合，各單元的交流負(fù)載分別由各自SIV供電，從而有效地保證了擴(kuò)展供電電路的可靠性。

3 接口信號(hào)設(shè)計(jì)

一個(gè)SIV故障情況下，TCMS負(fù)責(zé)擴(kuò)展供電功能的實(shí)施，TCMS與SIV之間的擴(kuò)展供電相關(guān)接口信號(hào)通過車輛控制網(wǎng)絡(luò)傳輸或通過遠(yuǎn)程輸入輸出模塊傳輸［］。

3.1 SIV正常信號(hào)

SIV通過車輛控制網(wǎng)絡(luò)給TCMS提供SIV正常工作信號(hào)；同時(shí)，SIV通過硬線輸出SIV正常信號(hào)，經(jīng)由遠(yuǎn)程輸入輸出模塊提供給TCMS，以實(shí)現(xiàn)該信號(hào)的冗余輸出。當(dāng)兩SIV中一個(gè)發(fā)生故障時(shí)，該SIV輸出的SIV正常信號(hào)保持低電平，TCMS通過對(duì)該SIV的通信狀態(tài)或遠(yuǎn)程輸入輸出模塊的通信狀態(tài)進(jìn)行判斷，當(dāng)其他相關(guān)條件滿足時(shí)，控制擴(kuò)展功能的實(shí)施。

3.2 減載信號(hào)

當(dāng)一個(gè)SIV發(fā)生故障時(shí)，考慮一個(gè)SIV容量限制，為滿足重要交流負(fù)載正常工作，TCMS通過車輛控制網(wǎng)絡(luò)向空調(diào)控制系統(tǒng)發(fā)送減載指令信號(hào)，空調(diào)控制系統(tǒng)收到減載指令后，控制空調(diào)壓縮機(jī)減載一半運(yùn)行，并向TCMS反饋減載完成信號(hào)。

3.3 擴(kuò)展指令信號(hào)

當(dāng)且僅當(dāng)一個(gè)SIV正常信號(hào)為高電平，且TCMS收到減載完成信號(hào)后，在其他相關(guān)條件滿足的情況下，TCMS發(fā)出減載指令信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)由遠(yuǎn)程輸入輸出模塊，通過硬線輸出至位于M2車的擴(kuò)展供電箱，直接控制擴(kuò)展供電接觸器KMK閉合，使正常SIV向列車交流母線供電。

3.4 擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)反饋信號(hào)

擴(kuò)展供電箱通過遠(yuǎn)程輸入輸出模塊向TCMS反饋擴(kuò)展接觸器KMK的狀態(tài)信號(hào)，即擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)反饋信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)TCMS對(duì)擴(kuò)展供電相關(guān)功能的故障診斷。

4 擴(kuò)展供電邏輯設(shè)計(jì)

TCMS控制擴(kuò)展供電功能的實(shí)施，主要包括以下步驟：根據(jù)SIV提供的相關(guān)狀態(tài)及故障信息，負(fù)責(zé)一個(gè)SIV故障狀態(tài)下的減載操作；對(duì)擴(kuò)展供電相關(guān)條件進(jìn)行綜合判斷，并通過遠(yuǎn)程輸入輸出模塊發(fā)出擴(kuò)展指令；完成擴(kuò)展供電功能的相關(guān)診斷。

4.1 減載控制

當(dāng)一個(gè)SIV故障時(shí)，當(dāng)以下相關(guān)條件均滿足時(shí)：

（1）當(dāng)且僅當(dāng)一個(gè)SIV工作正常（TCMS通過車輛控制網(wǎng)絡(luò)和遠(yuǎn)程輸入輸出模塊收到的SIV正常信號(hào)為等效）。

（2）網(wǎng)壓高于DC 1 050 V并持續(xù)30 s以上。

（3）無SIV內(nèi)部短路或交流母線短路，即正常SIV未反饋過載或三相交流負(fù)載不平衡信號(hào)。

（4）TCMS與M2車遠(yuǎn)程輸入輸出模塊（該模塊與擴(kuò)展供電箱有硬線連接）通信正常。

（5）擴(kuò)展供電接觸器無卡合故障。

TCMS置位空調(diào)減載指令信號(hào)為高電平，發(fā)出全列車空調(diào)負(fù)載減載指令。其控制邏輯圖如圖2所示。

TCMS發(fā)出減載指令后，空調(diào)系統(tǒng)需要在20 s內(nèi)完成減載，并通過車輛控制網(wǎng)絡(luò)向TCMS反饋減載完成信號(hào)。如果任一空調(diào)未能在20 s內(nèi)完成減載操作，則TCMS向空調(diào)發(fā)出2次減載通風(fēng)指令，實(shí)施2次減載控制。

圖2 減載控制邏輯圖

4.2 擴(kuò)展供電控制

TCMS發(fā)出減載指令，當(dāng)空調(diào)減載完成后，即以下任一條件滿足時(shí)：

（1）TCMS發(fā)出減載指令，且收到所有空調(diào)反饋減載完成信號(hào)。

（2）TCMS發(fā)出減載指令和2次減載通風(fēng)指令，且收到3個(gè)以上空調(diào)系統(tǒng)反饋處于通風(fēng)狀態(tài)信號(hào)。

（3）TCMS發(fā)出減載指令和2次減載通風(fēng)指令，且收到空調(diào)系統(tǒng)反饋?zhàn)疃?2個(gè)空調(diào)壓縮機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)。

TCMS置位擴(kuò)展供電指令信號(hào)保持高電平，通過遠(yuǎn)程輸入輸出模塊輸出至M2車擴(kuò)展供電箱控制擴(kuò)展供電接觸器閉合，完成擴(kuò)展供電控制。其控制邏輯圖如圖3所示。

圖3 擴(kuò)展供電控制邏輯圖

4.3 擴(kuò)展供電診斷

擴(kuò)展供電診斷為擴(kuò)展供電的控制實(shí)施提供直接的輸入條件；同時(shí)，當(dāng)擴(kuò)展供電相關(guān)功能不能正常實(shí)施時(shí)，該診斷為相關(guān)技術(shù)人員排查故障提供很好的故障和環(huán)境數(shù)據(jù)。

擴(kuò)展供電相關(guān)診斷主要包括擴(kuò)展接觸器卡分故障、擴(kuò)展接觸器卡合故障和空調(diào)減載故障。

（1）擴(kuò)展接觸器卡分故障：當(dāng)TCMS發(fā)出擴(kuò)展供電指令時(shí)，擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)反饋信號(hào)為低電平，且持續(xù)4 s以上，則TCMS報(bào)擴(kuò)展接觸器卡分故障。

（2）擴(kuò)展接觸器卡合故障：當(dāng)TCMS未發(fā)出擴(kuò)展供電指令時(shí)，擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)反饋信號(hào)為高電平，且持續(xù)4 s以上，則TCMS報(bào)擴(kuò)展接觸器卡合故障。

（3）空調(diào)減載故障：當(dāng)TCMS發(fā)出空調(diào)減載指令，但空調(diào)系統(tǒng)未反饋減載完成信號(hào)，且持續(xù)20 s以上，則TCMS報(bào)該車空調(diào)減載故障。

5 結(jié)束語(yǔ)

福州地鐵1號(hào)線輔助供電系統(tǒng)采用擴(kuò)展供電技術(shù)，與交叉供電技術(shù)相比，福州地鐵1號(hào)線車輛輔助供電系統(tǒng)具有布線簡(jiǎn)便、施工方便和集成性高的優(yōu)點(diǎn)；與并網(wǎng)供電技術(shù)相比，當(dāng)出現(xiàn)內(nèi)部或外部短路故障時(shí)，能使正常SIV立即對(duì)列車交流母線供電，保證列車重要負(fù)載正常工作，具有故障冗余能力強(qiáng)的特點(diǎn)。另外，由于該系統(tǒng)在正常工作時(shí)每個(gè)單元的供電是獨(dú)立的，因此負(fù)載波動(dòng)只影響本單元而不會(huì)對(duì)另一單元有影響，系統(tǒng)具有抗負(fù)載電流沖擊能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。福州地鐵1號(hào)線擴(kuò)展供電電氣設(shè)計(jì)可靠性較高，TCMS控制邏輯設(shè)計(jì)清晰，從列車試驗(yàn)數(shù)據(jù)和正線運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)分析，擴(kuò)展供電技術(shù)能充分滿足用戶需求。

［1］ 胡正偉，焦芳芳.淺析廣佛線地鐵車輛輔助供電系統(tǒng)［J］.鐵道機(jī)車車輛，2014，34（4）：66-70.

［2］ 熊成林，馮曉云.不同結(jié)構(gòu)的列車輔助供電系統(tǒng)分析與比較［J］.機(jī)車電傳動(dòng)，2008，（2）：15-19.

［3］ 中國(guó)交通運(yùn)輸協(xié)會(huì)城市軌道交通專業(yè)委員會(huì).城軌車輛車載控制網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳送規(guī)范（第2版）［Z］.2012.

Design of Extended Power Supply for Auxiliary Power Supply System of Fuzhou Metro Line 1 Vehicles

HU Zhengwei，DONG Lifang，JIAO Fangfang，GAO Xinghua，MA Ziyi
（Product＆Technology Research Center，CRRC Tangshan Co.，Ltd，Tangshan 063035 Hebei，China）

Three kinds of auxiliary power supply technology for metro vehicles are presented.The electrical design，as well as the input and output control signals design，and TCMS control logic design for extended power supply of Fuzhou metro line 1 vehicles are expounded.

Fuzhou metro line 1；extended power supply；electrical design；control logic

U239.5

A

10.3969／j.issn.1008－7842.2016.06.27

1008－7842（2016）06－0105－03

7—）男，助理工程師（

2016－07－16）