一种新型城市轨道交通中压供电控制方式

一种新型城市轨道交通中压供电控制方式

江巧逢，丁贺敏

中车南京浦镇车辆有限公司 电气研发部，江苏省南京市，210031

摘要：通过对比和分析目前国内轨道交通领域城轨车辆不同中压供电方式的特点，本文提出了一种新型中压控制，确定合理的供电设计和逻辑控制方案，提高列车辅助供电系统的可靠性，确保降级工况时列车性能不受影响。

关键词：城市轨道交通 中压供电 交流并网供电控制

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1. 引言

伴随着现代经济的高速发展，城市交通轨道的规模不断扩大，运营系统也在不断成熟，目前在国内外轨道交通行业辅助供电方式主要有三种，分别为扩展供电、交叉供电和并网供电[1]。辅助供电主要是由辅助逆变器输出交流380V为列车负载提供交流电源[2]。文章将介绍这三种中压供电形式技术特点，并进行相关的对比，最终提出一种新型中压供电控制方式。

2. 城市轨道交通常见中压供电控制电路构成及对比
   1. 扩展供电

中压扩展供电正常情况下分为两个独立的供电单元，列车仅设置一路中压三相供电母线，单元之间通过母线扩展供电接触器进行分段，形成两个独立的母线供电单元。两台辅助逆变器分别连接到两个独立的母线供电单元。

（1）正常工作时：各车辅助逆变器（SIV）给VCU发出“OK”信号，各车SIV输出接触器闭合，扩展供电接触器KMK断开，如果控制接触器K13误吸合，由于检测到两SIV装置有交流输出，KMK也不能吸合。

（2）故障工况时：各车SIV的输出接触器闭合，KMK闭合。VCU发出全列车SIV空调负载减载指令。

2.2.交叉供电

交叉供电有两路辅助三相母线贯穿整列车，分别与两台辅助逆变器相连。采用交叉供电方式供电时，每辆车的辅助负载平均地分配在两路母线上。

正常供电的时候，由两个辅助逆变器通过两路母线对负载供电。空压机等重要负载，通过两个互锁的接触器同时连接至两路母线，当一台辅助逆变器发生故障时，可以自动切换至另外一台辅助逆变器供电的母线，起到冗余作用；其他负载平均地分别分配在两条供电母线上，当一台辅逆故障时，连接至故障辅逆的供电母线的负载将停止工作。

当一台辅助逆变器故障时，对重要负载配置了备用的电源母线，故障时通过切换电路把重要负载切换到另一台辅助逆变器供电，以空气压缩机为例，正常情况下CSK1得电闭合，当一台SIV故障时，由CSK2作用，另一路为空气压缩机供电。两路电源在电气上互锁，确保不会同时给空气压缩机供电。

2.3.并网供电

并网供电设置一路辅助三相母线贯穿整列车，多台辅助逆变器同时向辅助中压母线供电，整列车的所有负载都连接至母线上。

辅助逆变器同步向中压母线供电，负载接触器用于将辅助逆变器与中压母线隔离。正常情况时，接触器处于闭合状态并且所有的辅助逆变器处于并网供电模式；当发生故障时，中压接触器可以将故障辅助逆变器隔离，单台辅助逆变器故障时，列车的负载供电不受影响；两台辅助逆变器故障时，全车空调半冷或降频；三台辅助逆变器故障时，全车空调为通风模式，其余负载正常供电。

2.4.三种供电方式对比

根据上述说明对比分析三种不同供电方式优缺点如表格1所示。

表格 1 三种供电方式对比

从上述表格中可知三种供电方式各有利弊，为了提高列车辅助供电系统的可用性和冗余性，本文针对上述供电电路优缺点提出了一种新型控制电路。

3. 新型中压控制电路说明分析
   1. 控制电路

并网交叉供电方案结合了交叉供电和并网供电的优势。整列车采用两条母线贯穿整列车，两条母线连接在一起，所有辅助逆变器同时向辅助母线供电，列车上所有的负载都连接在母线上。母线上设置4台并网接触器，将辅助母线平均分成四段。正常工作时，母线上所有的接触器都闭合，不论几台辅助逆变器同时工作，所有的接触器都闭合形成共同的母线。当母线发生故障时，通过接触器隔离故障母线部分，与其连接的辅助逆变器也停止工作，剩余的辅助逆变器和母线执行正常的供电。如果网络发生故障，并网接触器断开，每个辅助逆变器给本单元中压负载供电。

图 4 中压交叉并网控制负载示意图

3.2.母线接触器硬线控制

网络通讯正常时，以KMK1为例：

图 5 中间母线接触器控制原理图

当TCMS发出一个闭合指令时，继电器K1辅助常开触头闭合，KMK1线圈得电，KMK1主触头吸合，同时KMK1辅助常开触头吸合，形成自锁，并给TCMS状态反馈信号。当TCMS发出一个断开指令时，继电器K2辅助常闭触头得电断开，KMK1线圈失电，KMK1主触头断开。

当网络瘫痪时，并网母线接触器全部断开，紧急牵引列车线发送信号给中压母线并网接触器箱，断电延时继电器KT辅助常开触头闭合，继电器K5辅助常闭触头得电断开，KMK1/KMK2主触头断开。

3.3.母线接触器软件控制

正常启动的时序如下：

（1）列车激活，TCMS检测到任一SIV网压信号大于DC900V，发送“接触器闭合”指令，闭合4个中压母线并网接触器。

（2）DC1500V网压、DC110V控制电源正常时，4台SIV自启但输出接触器（KMA）断开，SIV发送“OK”信号至TCMS。

（3）TCMS收到至少SIV一个“OK”信号，发出“并网启动”（3s 脉宽）（默认向SIV1发“Start”信号，KMA闭合），KMA闭合后反馈给TCMS。

（4）TCMS没有在规定的时间内从SIV1接收反馈信号，则TCMS自动发送初始启动命令给SIV2，如上循环。其它3台SIV闭合KMA后反馈信号至TCMS。

TCMS收到3个或以上反馈信号时，负载不减载，收到2个反馈信号时，减掉1/4空调压缩机。只收到1个反馈信号时，关闭所有空调压缩机，空调只具备通风功能。

图 6 中间母线接触器软件控制逻辑图

SIV与TCMS通信故障时，并网母线接触器为闭合状态，网络默认SIV损失。

列车网络瘫痪时，并网母线接触器全部断开，所有SIV进入隔离运行模式。

4. 结语

本文推荐的新型中压控制电路结合了交叉和并网供电的优点，可有效避免因母线故障或单个辅助逆变器故障降低了供电系统的可用性和冗余性问题，大大降低了运营风险，值得推广。

参考文献

[1]陈启德. 中压交流并网供电技术在地铁列车上的应用[J]. 中国高新技术企业，2017（2）

[2]唐朝辉，张丽勇. 城轨车辆辅助供电方式比较分析与应用[J]. 科技创新与应用，2015（9）.

作者简介：江巧逢，女，高级工程师。

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