地铁车辆辅助供电系统设计

地铁车辆辅助供电系统设计

叶逸舸

宁波市轨道交通集团有限公司运营分公司浙江宁波315020

摘要：交流供电采用扩展供电方式，即每台辅助逆变器为单元内交流负载供电。当一台辅助逆变器发生故障时，单元间的扩展接触器闭合，正常的辅助逆变器为全列车交流负载供电。此时需要切除一半的制冷压缩机。本文介绍了辅助系统的特点、交流负载管理方式，并分析了辅助供电系统供电的冗余性。

关键词：辅助逆变器；负载管理；冗余性

1辅助供电系统

1．1辅助供电网络

正常情况下，辅助逆变器从接触网获得DCl500V的电能。车辆在维修和库内调试时，辅助逆变器通过安装在Tc车辅助高压箱上的库用插座获得DCl500V的电源。当辅助高压箱内的刀开关在受电弓位时，DCl500V通过受电弓从接触网获得，并通过刀开关给辅助逆变器供电；当刀开关在库用位时，DCl500V通过库用插座获得，并通过刀开关给全列车2台辅助逆变器供电；当刀开关在中间位时，列车高压设备的供电侧都处于悬空状态。列车辅助供电网络如图1所示：

1．2交流供电

每个单元安装一台容量为220kVA辅助逆变器向三相交流母线供电。列车的三相交流负载从三相交流母线上取电。正常情况下辅助电路主要交流负载包括：空气压缩机，空调机组，制动电阻风机，方便插座(AC220V)。AC380V交流母线采用三相四线制供电方式，取任意一项与中线之问的电压为AC220V，可为列车上的方便插座供电。

1．2．1顺序启动控制

设计中考虑到在消除交流负载同时，启动时过大的峰值电流对辅助逆变器的影响，VCM将对主要交流负载进行顺序启动控制。列车控制系统将通过MVB传输一个2s宽度的空调允许启动触发信号作为空调系统的允许启动命令，当未启动的空调系统接收到自己的启动代码时，它将在此时启动，每台空调单元之间的启动时间间隔为2s。当列车控制系统检测到有空气压缩机启动命令请求时，列车控制系统将2s时间间隔宽度改为7s用来启动空气压缩机。当7s间隔后，VCM将继续循环发送2s宽度的空调允许启动触发的信号，未启动的空调系统接收到自己的启动代码时，它将在此时启动。

1．2．2扩展供电控制

在AC380V母线上扩展接触器两侧分别设置1个交流检测继电器以及1个中间继电器，用于检测母线是否有交流电压，并控制交流扩展接触器(图1中的“KMK”)闭合或者打开。

(1)两台辅助逆变器正常

由各SIV给控制系统发出“SIV-OK”信号，延时一定时间后，各SIV交流输出接触器闭合。控制继电器K13的输出为低电平，KMK为断开状态，两台SIV分别给本单元交流负载供电。

即使“SIV-0K”由于某种原因误动引起继电器K13吸合，只要继电器K11、K12检测到两台SIV装置有交流输出，K11、K12都吸合，扩展供电接触器KMK仍不能吸合，各单元的辅助负载分别由各自SIV供电。

(2)一台辅助逆变器故障

当一台辅助逆变器故障时，故障SIV通过MVB将“故障”信号发给VCU，VCU发出全列空调负载减载指令。延时1S后，VCU发出扩展指令，K13闭合，Ki2常开合、常闭开，K11常开开、常闭闭，扩展接触器KMK闭合。此时，由正常SIV为全列车交流负载供电，同时KMK给VCU回馈“扩展状态回馈”信号。

当故障SIV恢复后，SIV给VCU发出“SIV-OK”信号，VCU发出的扩展指令为低电平，继电器K13失电，扩展接触器KMK立即断开，该SIV输出接触器KMA闭合。交流供电系统恢复到两台辅助逆变器正常供电状态。

1．3直流供电

低压供电方案如图1所示。在两端的Tc车上各布置1组蓄电池和1台充电机，DCIlOV母线贯通全列车，在充电机、蓄电池输出端的母线上设置隔离二极管，以保证本端充电机仅给本单元蓄电池组充电。低压负载主要包括列车控制系统(各控制单元、司机显示器、继电器、接触器等)、乘客信息及视频监控系统、车载信号装置、车载无线电装置、车载数字电视装置、外部照明、客室照明等。正常情况下，全列车低压负载由2台充电机进行冗余供电。当一台充电机故障时，因列车低压负载总功率为22．514kw，小于充电机的最大输出能力(25kw)，且有较大裕量。因此，单台充电机可为全列车低压负载供电，无需切除任何低压负载。

当出现女HDCl500V供电中断的紧急情况时，此时仅靠蓄电池提供紧急供电。除维持必需的基本负载工作外，还要启动空调紧急通风逆变器，维持客室的紧急通风。宁波地铁2号线1期工程车辆配置两组160Ah大容量蓄电池，可为列车提供紧急供电至少45min。

2应急启动

列车启动时，需要借助蓄电池激活列车。当蓄电池电压低于9lV时，依靠蓄电池已不能正常启动列车，必须利用低电平启动单元(DBPS)将列车实施应急启动。应急启动前，需要先用脚踏泵将受电弓升起。DBPS将接触网上DCl500V直流电直接转换到隔离的DCllOV直流母线上，从而给辅助逆变器及充电机控制单元供电。应急启动的控制原理如图3所示：

图3辅助逆变器应急启动控制原理

急启动电源DBPS额定输入电压DCl500V，输入电压范围DCIOOOV-2000V，额定输出电压DCllOV。

(1)DBPS自动检测车辆DCIlOV列车线电压，当检测电压小于蓄电池欠压电压时，应急启动电源开始工作，当检测电压大于蓄电池欠压值时，应急启动电源停止工作。

(2)应急启动时，操作列车上的应急启动开关，应急启动接触器K1吸合，应急启动电源提供DCIIOV给辅助电源控制单元供电。

(3)当辅助电源的直流电压DCIlOV输出正常后，应急启动电源的输出接触器K1断开，应急启动电源空载。

3结论

宁波地铁2号线1期工程车辆辅助供电系统采用具有成熟运用业绩的集中式辅助逆变器供电方式。辅助逆变器高压输入侧配置了贯通全列车的辅助母线，确保在单台受电弓故障的情况下，两台辅助逆变器均能正常受电。交流负载采用集中式辅助逆变器扩展供电方式，既减少了辅助逆变器配置数量及整体重量，保证了一定的供电冗余性。直流供电采用2台25kw充电机供电，单台故障时，无需切除任何低压负载。同时提供了两组大容量蓄电池，确保了列车紧急供电。

该设计保证了列车辅助供电网络具有较高的可靠性、冗余性和可用性，为最终用户的运营管理和服务水平的提高提供有力保障。