黃小麗 岳 芹 陳志保 曾穎豐

(中車株洲電力機車有限公司，湖南 株洲 412001)

時速200 公里中速磁浮列車作為一種新型軌道交通方式，具有快速、便捷、綠色、環(huán)境適應(yīng)性強等特點，對于人口密度大的城市群以及城際交通方面具有競爭力。時速200 公里中速磁浮交通系統(tǒng)是“十三五”國家科技部重點研發(fā)項目，目前中速磁浮系統(tǒng)正處于關(guān)鍵技術(shù)研究及裝備研制階段[1]。

中速磁浮系統(tǒng)采用長定子直線同步電機牽引技術(shù)，牽引供電系統(tǒng)位于地面，中速磁浮車載電網(wǎng)主要用于懸浮系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、渦流制動系統(tǒng)、空調(diào)、空壓機、AC220V 電源、DC110V 負載供電，本文針對200 公里中速磁浮列車車載電網(wǎng)控制設(shè)計進行深入分析。

1 車輛供電

車輛的主要供電電源包括：供電軌、直線發(fā)電機、蓄電池。當(dāng)列車速度低于20km/h 時，完全由外部供電軌-受流器向車輛供電；當(dāng)列車速度高于20km/h 且低于100km/h 時，由外部供電軌和列車自帶的直線發(fā)電機同時向車輛供電；當(dāng)列車速度高于100km/h 時，從車上直線發(fā)電機獲取的電力已能夠滿足車輛需求，受流器自動收回，完全由直線發(fā)電機向車輛供電。

蓄電池作為列車的備用和緊急電源，在使用渦流制動器緊急制動時，由蓄電池與直線發(fā)電線圈或外部供電軌聯(lián)合提供制動電源[2]。

1.1 車載電網(wǎng)

中速磁浮列車車上用電設(shè)備通過車載電網(wǎng)供電，每節(jié)車的車載電網(wǎng)包括以下幾部分：(1) 每節(jié)車有2 套獨立DC440V 電網(wǎng)，每套電網(wǎng)有1 組DC440V 蓄電池；(2)每節(jié)車有1 套DC110V 電網(wǎng)，帶1 個DC110V 蓄電池；(3)1 個三相AC220V 電源；(4)1 個單相AC220V 電源。其中DC440V 電網(wǎng)是車輛的主電網(wǎng)，DC110V 電網(wǎng)是車輛控制電源。本文重點針對DC440V 電網(wǎng)供電控制進行分析，車輛單套DC440V電網(wǎng)拓撲如圖1 所示。

每套DC440V 電網(wǎng)由HS 升壓斬波器、BV440 車載電網(wǎng)開關(guān)箱、DC440V 蓄電池、DC440V 負載組成，HS 將直線發(fā)電機發(fā)出的交流電、外部供電軌提供的直流電均轉(zhuǎn)換為DC440V 電網(wǎng)所需直流電后輸入DC440V 電網(wǎng)，給DC440V負載供電；BV440 用于DC440V 車載電網(wǎng)配電和電路保護，可控制DC440V 蓄電池與DC440V 電網(wǎng)的通斷。

1.2 車載電網(wǎng)通斷控制

在外部供電正常條件下，針對列車不同運行模式進行說明：

列車自動運行模式下，車輛完成低壓設(shè)備自檢后，車載運控系統(tǒng)VCS 控制所有受流器升起，VCS 向列車發(fā)送“車載電網(wǎng)允許上電”指令信號，允許車輛上440V 高壓。當(dāng)列車網(wǎng)絡(luò)IO 模塊采集到VCS 主機發(fā)送的“車載電網(wǎng)允許上電”信號為高電平時，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)發(fā)送“DC440V 通電”指令控制所有的BV440 電網(wǎng)開關(guān)箱內(nèi)LS 接觸器閉合，使各組DC440V蓄電池接入相應(yīng)的DC440V 電網(wǎng)，HS 升壓斬波器檢測到輸出端有DC440V 電壓后，HS 啟動開始工作，將外部供電軌提供的直流電轉(zhuǎn)換為DC440V，即DC440V 電網(wǎng)通電。反之，DC440V 電網(wǎng)關(guān)斷的步驟為車載VCS 主機發(fā)送指令控制列車所有受流器收回，當(dāng)列車網(wǎng)絡(luò)IO 模塊采集到“車載電網(wǎng)允許上電”信號為低電平時，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)發(fā)送“DC440V 斷電”指令控制所有的BV440 電網(wǎng)開關(guān)箱內(nèi)LS 接觸器斷開，切除DC440V 蓄電池，DC440V 電網(wǎng)斷電。

列車維護運行模式下，僅在激活司機室且車輛靜止(零速)時進行DC440V 電網(wǎng)通斷控制，在激活司機室端“列車控制”繼電器KM1 得電閉合，工作人員手動操作司機臺上“440V 通電”按鈕，列車網(wǎng)絡(luò)IO 模塊采集到“440V 通電”脈沖信號后，同樣的，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)發(fā)送“DC440V 通電”指令給所有的BV440，控制DC440V 電網(wǎng)通電；當(dāng)DC440V 電網(wǎng)需關(guān)斷時，工作人員控制所有受流器收回，并操作司機臺上“440V 斷電”按鈕，控制DC440V 電網(wǎng)斷電，如圖2。

圖2 DC440V 電網(wǎng)通斷控制電路簡圖

1.3 外部供電控制

外部供電控制分為HS 啟動外部供電信號、受流器升降信號控制，列車默認提供啟動外部供電信號給所有的HS，控制HS 接通外部供電。在緊急情況下，可人工操作“啟動外部供電”開關(guān)，控制所有HS 自主斷開外部供電；受流器升降控制電路如圖3 所示，結(jié)合列車不同運行模式進行說明：

圖3 受流器升降控制電路簡圖

列車自動運行模式下，列車停止和速度小于100km/h時，車載運控系統(tǒng)VCS 控制發(fā)送“釋放受流器”信號高電平驅(qū)動受流器升起繼電器KM2 得電，使受流器升起電磁閥得電，受流器供風(fēng)管路充氣，受流器升起與供電軌接觸；當(dāng)列車速度高于100km/h 時，VCS 主機發(fā)送的“釋放受流器”信號為低電平，受流器升起繼電器KM2 失電，使受流器升起電磁閥失電后，受流器供風(fēng)管路排氣，受流器收回，斷開外部供電軌供電。

列車維護運行模式下，僅激活司機室且車輛靜止(零速)時進行受流器升降控制，在激活司機室端“列車控制”繼電器KM1 得電閉合，工作人員手動操作司機臺上“受流器控制”開關(guān)到“受流器伸出”位，使受流器升起電磁閥保持得電，完成受流器升起控制；將“受流器控制”開關(guān)打到“受流器收回”位，使受流器升起電磁閥失電，完成受流器收回控制。

2 VCS 信號接口

列車自動運行模式是完全由運控系統(tǒng)負責(zé)列車運行控制，工作人員完成列車初始化上電和人工確認后，由運控系統(tǒng)控制列車自動運行。車載運行控制系統(tǒng)VCS 一方面通過無線電系統(tǒng)從地面分區(qū)運行控制系統(tǒng)接收列車運行指令，向地面上傳列車狀態(tài)信息；另一方面向車輛下達控制指令，收集車輛狀態(tài)信息，實現(xiàn)對列車速度、位置的安全控制[3]。下面重點介紹與車載電網(wǎng)供電控制相關(guān)的VCS 信號。

釋放受流器：VCS 根據(jù)列車速度和地面供電軌的布置，控制受流器的伸出和收回；當(dāng)列車速度小于100km/h 且沒有施加渦流制動，則受流器在配備有供電軌的特定停車點區(qū)域自動釋放。如果列車速度大于100km/h，則撤銷釋放命令。在列車?yán)脺u流制動完成強制停車后，列車處于停止且已降落的狀態(tài)下自動釋放受流器。

車載電網(wǎng)允許上電：在列車車載電網(wǎng)無故障條件下，VCS控制車載440V 電網(wǎng)啟動，該信號為低電平時，車載440V 電網(wǎng)關(guān)斷；

車載電網(wǎng)無強制停車：列車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實時監(jiān)測440V 蓄電池電量狀態(tài)，并轉(zhuǎn)發(fā)給VCS。VCS 接收列車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)發(fā)送來的“車載電網(wǎng)無強制停車”狀態(tài)監(jiān)視信號。當(dāng)440V 蓄電池電量不足時，VCS 收到邏輯低電平的“車載電網(wǎng)無強制停車”狀態(tài)監(jiān)視信號后，將產(chǎn)生強制停車到當(dāng)前停車點(包括輔助停車區(qū))，而且列車?yán)^續(xù)運行被禁止。直到車載蓄電池重新充電完畢，故障報警自動解除后，列車才能繼續(xù)運行。

車載電網(wǎng)無故障：列車監(jiān)視所有HS 工作正常、所有440V 蓄電池?zé)o故障、110V 蓄電池?zé)o故障條件下，VCS 接收列車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)發(fā)送來的“車載電網(wǎng)無故障”高電平信號。當(dāng)VCS 收到邏輯低電平的“車載電網(wǎng)無故障”狀態(tài)后，將產(chǎn)生強制停車在運行方向上可到達最近車站停車，而且禁止列車?yán)^續(xù)運行。直到故障報警自動解除后，列車才能繼續(xù)運行。

受流器伸出：列車監(jiān)視所有受流器狀態(tài)，當(dāng)所有受流器伸出到位時，反饋高電平信號給VCS；

受流器收回：列車監(jiān)視所有受流器狀態(tài)，當(dāng)所有受流器收回時，反饋高電平信號給VCS。

表1 中每個信號都有兩路通道互為冗余，都為電平信號，若兩路電平信號輸出或輸入不一致時會引起車載設(shè)備系統(tǒng)故障，導(dǎo)致列車停車。

表1 VCS 控制命令輸出信號和接收狀態(tài)信號列表

3 結(jié)論

本文針對200 公里中速磁浮車輛車載電網(wǎng)多冗余、多設(shè)備、多供電源等技術(shù)特點，根據(jù)車輛不同的運行模式，提出的車輛車載電網(wǎng)通斷控制方案和邏輯分析，重點分析了車載運行控制系統(tǒng)VCS 與車輛控制單元之間交互信號，對更好的掌握列車控制原理、處理車載電網(wǎng)故障起到了較大幫助。