徐海濤

中國鐵路北京局集團(tuán)公司北京動車段 北京 100165

近年來，隨著國家“八橫八縱”鐵路網(wǎng)的不斷完善及“一帶一路”戰(zhàn)略的快速實施，旅客對出行要求日益提高，同時現(xiàn)有鐵路線路的運(yùn)能日益趨于滿負(fù)荷甚至過負(fù)荷運(yùn)行，安全運(yùn)行成為軌道交通運(yùn)行的首要原則和任務(wù)。雖然牽引供電的安全性和可靠性得到了足夠重視，但仍不可避免地因供電系統(tǒng)故障、弓網(wǎng)故障、偶發(fā)因素、自然災(zāi)害等引起城軌車輛供電短時中斷或長時間癱瘓。這將造成整條線路的停運(yùn)，導(dǎo)致區(qū)間疏散。特別是對于隧道運(yùn)行的區(qū)段，易引起恐慌，誘發(fā)次生災(zāi)害。同時鐵路系統(tǒng)封閉性較高，救援難度較大，救援時間相對較長。當(dāng)發(fā)生突發(fā)斷電事件后，高速動車組處于密封環(huán)境，車內(nèi)空氣質(zhì)量逐步惡化，當(dāng)車內(nèi)照明完全中斷后容易引發(fā)乘客的驚慌焦慮情緒。在緊急情況下保障必要的客室通風(fēng)、照明、通信暢通、正常開關(guān)門，就可以減輕旅客的焦躁情緒，降低救援難度[1]。

1 輔助系統(tǒng)

輔助系統(tǒng)作為現(xiàn)在高速動車組的重要組成部分之一，分為輔助變流器、充電器、蓄電池等關(guān)鍵部件。牽引輔助系統(tǒng)為列車上的許多設(shè)備供電，保障列車正常運(yùn)行、旅客乘車的必要需求以及舒適度保障：空調(diào)系統(tǒng)、主供風(fēng)系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、低壓供電等關(guān)鍵系統(tǒng)[2]。輔助系統(tǒng)工作狀態(tài)的穩(wěn)定性直接影響到高速動車組的運(yùn)行情況。

1.1 輔助變流器

輔助變流器裝置安裝在箱體中。輔助變流器箱中裝有功率半導(dǎo)體、開關(guān)裝置、保險絲、控制系統(tǒng)組件、冷卻系統(tǒng)組件和電感組件。輔助變流器裝置通過強(qiáng)制風(fēng)冷系統(tǒng)冷卻。輔助變流器裝置包括脈寬調(diào)制逆變器，它根據(jù)脈寬調(diào)制（PWM）原理工作。高開關(guān)頻率將輸入端和輸出端的電流諧波降到最低。輔助變流器裝置的輸入端連接至變流器中間直流環(huán)節(jié)。

1.2 充電機(jī)

車輛中充電機(jī)設(shè)計為冗余系統(tǒng)，在一臺充電機(jī)出現(xiàn)故障后，仍能保持動車組低壓輸出，保證動車組運(yùn)行穩(wěn)定。高速動車組中裝有兩個單獨(dú)的電池充電機(jī)，每臺電池充電機(jī)與一組蓄電池連接，構(gòu)成獨(dú)立的低壓供電系統(tǒng)。兩組獨(dú)立的蓄電池和電池充電機(jī)向全列車的110 V DC母線供電，該系統(tǒng)確保在任一電池充電器故障或電池故障時向110V DC負(fù)載提供冗余電源。

2 輔助工作原理

2.1 低壓供電

中國標(biāo)準(zhǔn)動車組低壓系統(tǒng)采用DC110V并聯(lián)母線供電，母線共分為三路：BN1（常規(guī)電池），BN2（常規(guī)冗余供電）和BD（直連電池母線供電）。

（1）BD母線由直連蓄電池供電，負(fù)載包括：蓄電池啟動設(shè)備，蓄電池電壓監(jiān)控設(shè)備，停放制動安全環(huán)路，列車無線電（設(shè)有開關(guān)）、信號燈、應(yīng)急照明、應(yīng)急通風(fēng)等重要負(fù)載。

（2）BN1和BN2為同等級供電母線，BN1輔助包括CCU1控制電源，各系統(tǒng)控制電源及繼電器等用電負(fù)載，BN2負(fù)載包括 CCU2控制電源、各系統(tǒng)冗余部分負(fù)載電源等用電負(fù)載。

2.2 無火回送供電

當(dāng)回送速度大于55km/h時啟動無火回送模式，牽引變流器增設(shè)逆變模塊，轉(zhuǎn)入回送模式時，速度小于35km/h時退出回送模式。無火回送時能量從蓄電池經(jīng)過回送發(fā)電使電源升壓，進(jìn)入中間直流環(huán)節(jié)，重新建立牽引電機(jī)勵磁磁場。當(dāng)電機(jī)建立勵磁磁場后，關(guān)閉回送發(fā)電電源，牽引逆變器工作處于整流工作狀態(tài)，將控制牽引電機(jī)的轉(zhuǎn)矩電流整流成中間直流電壓恒定。牽引電機(jī)工作在電制狀態(tài)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，為輔助變流器提供電源。

3 低壓負(fù)載管理

當(dāng)動車組突發(fā)斷電故障后，為保障旅客的情緒穩(wěn)定，保證動車組順利救援。動車組立即進(jìn)入負(fù)載管理模式：

（1）0-2min：蓄電池開關(guān)處于ON位，司機(jī)、機(jī)械師無需操作；車輛所有直流負(fù)載保持正常工作狀態(tài)；

（2）3-30min：蓄電池開關(guān)處于ON位，司機(jī)、機(jī)械師無需操作；車輛發(fā)出指令切除車內(nèi)外信息顯示器、撒砂控制單元、開水爐控制單元、無線上網(wǎng)系統(tǒng)、座位號燈、座位信息顯示器、座位信息顯示系統(tǒng)主機(jī)、VIP座椅控制電源、半主動控制裝置主機(jī)、客室內(nèi)外端門、機(jī)械鉤加熱、電鉤加熱、客室正常照明（保留1/3應(yīng)急照明）、娛樂系統(tǒng)主機(jī)及設(shè)備、客室插座、電視負(fù)載。

（3）31-90min：蓄電池開關(guān)處于ON位，司機(jī)根據(jù)彈屏提示手動斷開ATP、DMS、EOAS、LKJ設(shè)備供電；在階段2基礎(chǔ)上，TCMS發(fā)出指令切除牽引控制單元、制動控制裝置（BN線負(fù)載）、視頻監(jiān)控服務(wù)器、給水衛(wèi)生、廁所有無人顯示、禁煙標(biāo)識、風(fēng)笛電磁閥、自動過分相裝置、電能監(jiān)控系統(tǒng)、受電弓視頻監(jiān)控、軸溫主機(jī)、穩(wěn)定性主機(jī)負(fù)載。

（4）120-420min：開啟蓄電池低壓保護(hù)功能，打開車內(nèi)應(yīng)急照明燈、打開車外標(biāo)志燈，切除車內(nèi)負(fù)載；關(guān)閉蓄電池后僅保留BD負(fù)載工作：制動控制裝置（BD線負(fù)載）、蓄電池電壓表、司機(jī)室電話、車載無線電、外部照明、救援應(yīng)急照明、配電柜照明、司機(jī)室照明、輔助空壓機(jī)負(fù)載。

4 結(jié)語

高速動車組發(fā)生高壓牽引故障后，輔助變流器無有效輸出，車輛自動進(jìn)入蓄電池供電模式，在蓄電池技術(shù)無法滿足現(xiàn)有負(fù)載長時間工作的矛盾下，負(fù)載管理是目前最為有效的辦法之一。本文通過對中國標(biāo)準(zhǔn)動車組的負(fù)載控制邏輯進(jìn)行更改，滿足90min緊急通風(fēng)、120min緊急供電及后續(xù)6.25小時供電能力要求，實現(xiàn)關(guān)鍵負(fù)載的穩(wěn)定運(yùn)用，滿足動車組發(fā)生故障后實現(xiàn)有電救援，提升救援效率和旅客舒適性，滿足人們對美好出行的需要。