CRH380BL動(dòng)車組輔助系統(tǒng)

1、CRH380BL動(dòng)車組輔助系統(tǒng)介紹中國北車長春軌道客車股份有限公司二一一年五月一、系統(tǒng)及功能描述一、系統(tǒng)及功能描述 1.1 系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述 CRH380BL動(dòng)車組的輔助供電系統(tǒng)采用母線供電方式，1-8車與9-16車分為兩個(gè)獨(dú)立的輔助供電系統(tǒng)，兩個(gè)輔助供電系統(tǒng)之間的中、低壓母線互不貫通。 輔助供電制式分為以下5種：AC 三相440V 60HZ、AC 單相230V 60HZ、AC 單相230V 50HZ 、DC110V、DC24V 輔助電源為列車輔助設(shè)備如冷卻風(fēng)機(jī)、空調(diào)裝置、照明、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)、制動(dòng)裝置、旅客信息、列車無線電等設(shè)備提供電能。 正常情況下，所有的輔助變流器都向母線輸出同相位三相44

2、0V 60HZ電源，實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)供電。 動(dòng)車組設(shè)有4組高倍率蓄電池，每組容量為2X163Ah。 地面三相AC380V/50Hz電源也可以為車上輔助負(fù)載供電。 1.21.2設(shè)計(jì)目標(biāo)與理念設(shè)計(jì)目標(biāo)與理念 高可靠性：采用列車干線供電方式，由分散布置的輔助變流器并聯(lián)高可靠性：采用列車干線供電方式，由分散布置的輔助變流器并聯(lián)向干線供電向干線供電, ,所有的輔助變流器都通過供電總線排向整列列車同相所有的輔助變流器都通過供電總線排向整列列車同相位輸出位輸出440V 60Hz 3 AC 440V 60Hz 3 AC 電源；系統(tǒng)采用冗余設(shè)計(jì)，牽引變流器發(fā)電源；系統(tǒng)采用冗余設(shè)計(jì)，牽引變流器發(fā)生故障時(shí)，能夠自動(dòng)進(jìn)行輸入

3、切換。生故障時(shí)，能夠自動(dòng)進(jìn)行輸入切換。 應(yīng)急保障功能：設(shè)有應(yīng)急供電系統(tǒng)，車輛發(fā)生故障時(shí)，可按設(shè)備的應(yīng)急保障功能：設(shè)有應(yīng)急供電系統(tǒng)，車輛發(fā)生故障時(shí)，可按設(shè)備的用電優(yōu)先等級(jí)進(jìn)行供電支援。用電優(yōu)先等級(jí)進(jìn)行供電支援。 診斷保護(hù)功能：輔助變流器、充電機(jī)等輔助設(shè)備具有自診斷功能和診斷保護(hù)功能：輔助變流器、充電機(jī)等輔助設(shè)備具有自診斷功能和故障保護(hù)功能。故障保護(hù)功能。1.21.2設(shè)計(jì)目標(biāo)與理念設(shè)計(jì)目標(biāo)與理念 持續(xù)供電功能：持續(xù)供電功能：CRH380BLCRH380BL動(dòng)車組在設(shè)計(jì)上保證了過分相區(qū)時(shí)牽引變流動(dòng)車組在設(shè)計(jì)上保證了過分相區(qū)時(shí)牽引變流器的中間直流電路不間斷供電。過分相區(qū)時(shí)，控制系統(tǒng)采取微小的制器的中間

4、直流電路不間斷供電。過分相區(qū)時(shí)，控制系統(tǒng)采取微小的制動(dòng)動(dòng), ,保證輔助變流器牽引由變流器的中間直流電路不間斷供電。這樣保證輔助變流器牽引由變流器的中間直流電路不間斷供電。這樣設(shè)計(jì)有很大優(yōu)點(diǎn)：首先，過分相時(shí)空調(diào)連續(xù)工作，減少了故障率。其設(shè)計(jì)有很大優(yōu)點(diǎn)：首先，過分相時(shí)空調(diào)連續(xù)工作，減少了故障率。其次，過分相區(qū)時(shí)蓄電池不用大電流對(duì)整車的直流負(fù)載放電，減少了故次，過分相區(qū)時(shí)蓄電池不用大電流對(duì)整車的直流負(fù)載放電，減少了故障率，更重要是減少了蓄電池?cái)?shù)量，提高了動(dòng)車組經(jīng)濟(jì)性。障率，更重要是減少了蓄電池?cái)?shù)量，提高了動(dòng)車組經(jīng)濟(jì)性。 良好的安全性：網(wǎng)絡(luò)控制診斷系統(tǒng)功能強(qiáng)大，對(duì)供電線路發(fā)生的過載、良好的安全性：網(wǎng)絡(luò)

5、控制診斷系統(tǒng)功能強(qiáng)大，對(duì)供電線路發(fā)生的過載、短路、瞬時(shí)大電流沖擊、過壓、欠壓、接地等現(xiàn)象及時(shí)加以保護(hù)，供短路、瞬時(shí)大電流沖擊、過壓、欠壓、接地等現(xiàn)象及時(shí)加以保護(hù)，供電負(fù)載具有自診斷功能和故障保護(hù)措施，確保了旅客安全。電負(fù)載具有自診斷功能和故障保護(hù)措施，確保了旅客安全。中壓供電系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)項(xiàng)目參數(shù) 額定電壓 AC 440V 電壓穩(wěn)態(tài)波動(dòng) 電壓瞬時(shí)波動(dòng) 20 穩(wěn)定時(shí)間 0.1秒以內(nèi) 額定頻率 60Hz 1Hz 波形失真率 以下低壓供電系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)項(xiàng)目參數(shù) 額定電壓 DC 110V 電壓波動(dòng) DC77V126.5V1.3 系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成 輔助供電系統(tǒng)主要由單輔助變流器、雙輔助變流器、充電機(jī)、蓄電池

6、、AC440V/AC230V變壓器、DC110V/AC230V逆變器、DC110V/DC24V變換器組成。 在（15、10 、07 和02 ）變壓器車上配備有一個(gè)單輔助變流器單元。他們與頭車16/01 以及中間車09/08 的牽引變流器中間電路相連。 在中間車13、12、05 和04 分別配備了一個(gè)雙輔助變流器。他們分別與中間車14、11 、06 和03 內(nèi)牽引變流器的中間電路相連。 在雙輔助變流器和單輔助變流器的輸入端都與一根電纜相連接，這樣可以實(shí)現(xiàn)在從一個(gè)繼續(xù)有效的牽引變流器同時(shí)給輔助變流器供電。（這種情況是考慮兩個(gè)牽引變流器中一個(gè)失效時(shí)）。 所有的輔助變流器都通過供電總線排向8 輛車（1

7、6 到09 和08 到01）同時(shí)輸出440V60Hz 3 AC 電源。在正常情況下，列車供電總線排貫通整列車。如果供電總線排出現(xiàn)故障，可以通過打開輔助變流器中的連接開關(guān)來隔離8 輛車部分的單個(gè)區(qū)間的供電。在單個(gè)車內(nèi)總線排能提供最大的載荷，輔助變流器單元通過440V 60Hz 3 AC 總線排實(shí)現(xiàn)同步，不需要單獨(dú)的同步電纜。 在中間車13、12、05 和04 分別配備了一個(gè)蓄電池和一個(gè)充電機(jī)，電池充電機(jī)通過440V 60Hz 總線獲得供電，充電機(jī)給蓄電池，110V DC 系統(tǒng)以及與之連接各種負(fù)載供電。110V DC 系統(tǒng)貫穿整個(gè)8 輛車（16 到09 和08 到01）。 在每節(jié)車?yán)锔饔幸粋€(gè)逆變器

8、從110V DC 系統(tǒng)中獲取電能，輸出230V 50Hz 1 AC 給旅客插座等供電。230V 50Hz 1 AC 供電車與車之間不相互連接。 一個(gè)230V 60Hz 1 AC 供電網(wǎng)絡(luò)給列車一些低功率的加熱設(shè)備供電，這個(gè)供電由440V 60Hz 3 AC供電的變壓器產(chǎn)生。 輔助供電設(shè)備布置如圖：1.4 1.4 輔助變流器簡介輔助變流器簡介 輔助變流器單元被放置在一個(gè)適合車底安裝的箱體中, 箱體中有功率半導(dǎo)體,開關(guān)裝置,保險(xiǎn)絲,控制系統(tǒng)部件,冷卻系統(tǒng)部件以及感應(yīng)元件. 輔助變流器采用強(qiáng)迫風(fēng)冷的冷卻系統(tǒng)。 在中間車13、12、05 和04 中分別有一個(gè)雙輔助變流器單元,每個(gè)雙輔助變流器單元由兩個(gè)

9、單輔助變流器單元組成.在每輛變壓器車(15 、10、07 和02)各有一個(gè)單輔助變流器。輔助變流器單元由下列零部件組成： 1 帶有輸入端子的輸入電路，保護(hù)二極管，帶電阻的預(yù)充電開關(guān)及主開關(guān)。 2 輸入電流、電壓測量裝置。 3 空氣冷卻的PWMI模塊。 4 集成了正弦濾波的60 Hz 輸出變壓器，空氣冷卻。 5 EMC濾波器。 6 輸出開關(guān)。 7 具有RS232 端口的微處理器控制單元。 8 根據(jù)TCN 標(biāo)準(zhǔn)的車輛總線接口。 9 保護(hù)和監(jiān)測設(shè)備。10 風(fēng)扇。 組成輔助變流的脈寬調(diào)制逆變器采用最先進(jìn)的IGBT 技術(shù)，脈寬調(diào)制逆變器采用 (PWM) 工作原理。高頻開關(guān)使輸入及輸出電流的諧波最小。 輔

10、助變流器的輸入端與牽引中間電路連接。 輔助變流器由其中央控制系統(tǒng)控制和診斷，同時(shí)脈寬調(diào)制逆變器的控制系統(tǒng)對(duì)上述功能也有輔助作用，控制系統(tǒng)除配備診斷端口和服務(wù)端口外，還有車輛總線接口(MVB)。 單輔助變流器單元框圖雙輔助變流器單元框圖輔助變流器單元的技術(shù)參數(shù)輔助變流器單元的技術(shù)參數(shù)輸入1（中間牽引電路）標(biāo)稱電壓2700 . 3600 V DC 額定輸出Approx. 160 kVA 輸入2（外部供電，動(dòng)車段）只針對(duì)雙輔助變流器單元標(biāo)稱電壓380 V 50 Hz 3 AC 最大電流大約 300 A 電壓波動(dòng)范圍+10% 輸出標(biāo)稱電壓440 V 60 Hz 3 AC 標(biāo)稱電壓公差5%（靜態(tài)）25%

11、（動(dòng)態(tài)）額定輸出功率1x160kVA(單輔助變流器)2x160kVA(雙輔助變流器)輸出電壓特性據(jù)440 V 電壓規(guī)范外部380V 供電380V 50 Hz 3 AC 1.5 1.5 逆變器逆變器（230V 50Hz）介紹介紹 每節(jié)車都配備有一個(gè)230V50 Hz 1 AC 逆變器給車輛電氣插座供電，逆變器的供電來自110V DC 直流供電系統(tǒng)。輸出功率為3kVA ，餐車上的逆變器應(yīng)能滿足廚房設(shè)備用電功率的要求。 逆變器具有以下特性或技術(shù)參數(shù)逆變器具有以下特性或技術(shù)參數(shù)：-輸出恒定的電壓230V 50Hz 1 AC -輸入電壓：77 137.5VDC -輸出電壓：230V（+6%, -3% ，

12、靜態(tài)公差）-輸出頻率：50Hz (+0.5Hz) -輸出電壓的畸變系數(shù)：3kVA) -空氣冷卻-電氣絕緣1.6 1.6 電池充電機(jī)電池充電機(jī) 電池充電機(jī)(BC)由440 V 60 Hz 3 AC 車載電源供電，安裝在車下合適位置的箱中。分別位于中間車13、12、05 和04 的車下。 電池充電機(jī)由一些模塊組成，總功率60 kW。采用強(qiáng)迫風(fēng)冷。每個(gè)電池充電機(jī)都有一個(gè)永久接地故障檢測。電池充電機(jī)包括下列部件：電池充電機(jī)包括下列部件： 帶輸入端子的輸入回路 輸入電流和電壓測量裝置 輸出電流和電壓測量裝置 風(fēng)冷充電機(jī)模塊 電池的主接觸器 電池輸出配電保險(xiǎn) 電磁兼容濾波器 接地故障檢測 帶有RS232

13、端口的微處理器控制器 符合TCN 標(biāo)準(zhǔn)的MVB 接口。 保護(hù)和監(jiān)測設(shè)備 風(fēng)扇 電池保險(xiǎn) 對(duì)電池負(fù)載解耦的二極管 標(biāo)稱輸入電壓：440 V 60 Hz 3 AC / 380 V 50 Hz 3 AC 輸出電壓：110 V, +25% 到 -30% 根據(jù) EN 50 155 輸出功率： 約60 kW 電池電壓控制精度： +/- 1.5% 電池電流控制精度：+/- 5% 電池的特征曲線的控制：帶有溫度補(bǔ)償?shù)腎U 特征曲線電池充電機(jī)的技術(shù)資料電池充電機(jī)的技術(shù)資料 1.7 1.7 蓄電池蓄電池 列車電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)上采取了冗余。也就是說兩個(gè)獨(dú)立的電池充電機(jī)分別安裝在中間車13、12、05 和04 車上，向各

14、自的110 V DC 總線排供電。 兩個(gè)110 V DC 總線排通過各自的電池連接總線(BCB) 連接。電池充電機(jī)可以向8 輛車部分的110 V DC 負(fù)載供電。電池與各自的充電機(jī)連接。所有的8 輛車部分列車的110 V DC 負(fù)載可以由與電池的110 V DC 總線排供電。 此系統(tǒng)確保了在電池充電器故障和電池故障時(shí)對(duì)110V DC 負(fù)載的冗余供電。電池安裝在中間車13、12 、05 和04 車下鄰近電池充電機(jī)的位置。目前使用的電池組的主要數(shù)據(jù)：電池類型： NiCd 鎳鎘容量： 大約每個(gè)電池300Ah 110V DC 供電級(jí)別分為： “直連電池”供電“BD”(不間斷供電) “常規(guī)電池”供電“B

15、N” (通過主電池接觸器閉合和關(guān)斷) 這些供電級(jí)別也稱電池母線。 為了提高某些冗余負(fù)載的可用性（例如應(yīng)急照明，中央控制單元，人機(jī)界面等），“常規(guī)電池”總線排分為1 和2（BN1, BN2 ）。因此，在各端車內(nèi)，一個(gè)CCU 由BN1 供電，第二CCU 由BN2 供電。 作為冗余設(shè)計(jì)（電池充電機(jī)或電池故障），各個(gè)電池總線排由其他牽引單元（TU）通過BCB 總線排供電。 電池總線排BN1 和BN2 通過電池總接觸器連接?？捎盟緳C(jī)室的“電池開關(guān)”旋鈕將其激活。只有全部運(yùn)行開關(guān)都在零位置，才能使用旋鈕將電池總線排BN1 和BN2 斷開連接。 “直連電池直連電池”總線排（總線排（BD）上的負(fù)載）上的負(fù)載

16、閉合電池主接觸器 若選中“BD 應(yīng)急系統(tǒng)”則緊急照明 旅客信息系統(tǒng)的應(yīng)急操作 駕駛員/乘務(wù)員MMI (暫停) 緊急尾燈信號(hào) 制動(dòng)部件的零件，包括防滑保護(hù)系統(tǒng) 列車無線通訊緊急操作 重聯(lián)狀況的緊急操作 拖拽模式“常規(guī)電池，總線排常規(guī)電池，總線排1”（BN1 ）和）和“總線排總線排2” (BN2) 上的負(fù)載上的負(fù)載BN1 上的負(fù)載上的負(fù)載 中央控制單元CCU 1 KLIP 站 (冗余 1) KLIP 站 (無冗余) MVB 轉(zhuǎn)發(fā)器 電源線 A 牽引箱（牽引控制單元TCU, 接觸器，輔助接觸器，高壓控制部件，補(bǔ)充充電器） 空調(diào)系統(tǒng)（接觸器和控制系統(tǒng)） 電器柜風(fēng)扇（左） 前風(fēng)擋加熱控制 主照明 閱讀用

17、燈 應(yīng)急照明（組1） 司機(jī)室頂燈 輔助變流單元控制 充電機(jī)控制 車載電源分配（接觸器BN1） 門控制 旅客信息系統(tǒng)（列車目的地顯示器，內(nèi)部顯示器） 泵箱（廚房） 廚房照明 衛(wèi)生設(shè)備用水系統(tǒng)控制 管道和撒沙管加熱器控制 可控輔助空氣壓縮機(jī) 空氣干燥系統(tǒng) 輪緣潤滑 駕駛室遮陽板 牽引箱(斷路器) 車鉤導(dǎo)流罩控制 制動(dòng)（閥） 制動(dòng)控制單元 火警 駕駛室的顯示器 列車廣播 外部照明控制 障礙物偵測系統(tǒng) 安全環(huán) 廚房控制 緊急關(guān)斷控制 受電弓/主開關(guān)/導(dǎo)向開關(guān)控制BN2 上的負(fù)載上的負(fù)載 中央控制單元2 KLIP 站（冗余2） MVB 轉(zhuǎn)發(fā)器 電源線B 牽引箱2（牽引控制單元TCU, 接觸器，輔助接觸器

18、，高壓控制部件，補(bǔ)充 充電器） 緊急照明（組2） 車載電源分配（接觸器BN2） 電器柜風(fēng)扇（右） 二、車載電源二、車載電源 以下描述了各交流配電的交流負(fù)載的分配：以下描述了各交流配電的交流負(fù)載的分配： 1、 440V 60Hz 3 AC - 客室空調(diào) - 駕駛室空調(diào) - 主空氣壓縮機(jī) - 主變壓器的輔助系統(tǒng) - 牽引輔助系統(tǒng) - 前風(fēng)擋加熱 - 輔助變流單元冷卻 - BC 電池充電機(jī)2、由、由440V AC 變壓的變壓的230V 60Hz 1 AC - 廚房一些的負(fù)載 - 水系統(tǒng)加熱 - 撒沙管加熱 - 車鉤端加熱230V 60 Hz 1 AC 電源的所有線路安全開關(guān)都設(shè)計(jì)成雙極。3、經(jīng)、經(jīng)1

19、10V DC 逆變器產(chǎn)生的逆變器產(chǎn)生的 230V 50Hz 1AC - 清潔的插座（每車13A 熔斷，輸出電壓適于連接標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備） - 廚房負(fù)載 - 電源的所有線路安全開關(guān)都設(shè)計(jì)成雙極。三、三、外部電源外部電源3.1 380 V 50 Hz 3 AC 外部電源外部電源 每一個(gè)牽引單元在雙輔助變流器單元有一個(gè)電源的供電插座由380 V 50 Hz 電源給440V60Hz 的網(wǎng)絡(luò)供電。 當(dāng)使用外部供電時(shí)，車載電源當(dāng)雙輔助變流器單元插上外部插頭后必須停止供電。該限制通過車庫中的外接供電實(shí)現(xiàn)。另外車庫的外部電源與外部電網(wǎng)進(jìn)行電氣隔離。 外部電源供給只能在兩個(gè)雙輔助變流器單元之一提供。當(dāng)使用外部供電時(shí)，通

20、過控制在輔助變流器單元的耦合接觸器閉合自半列車（8輛）供電并且第二個(gè)雙輔助變流器單元的外部電源供給被鎖閉。 向以下設(shè)備供電：向以下設(shè)備供電：電池充電器取暖和空調(diào)系統(tǒng)，按照有用功率增加。其他440V 負(fù)載，按照有用功率增加。 外部供電用一個(gè)在05 和12車 控制面板上的一個(gè)鑰匙來激活。鑰匙開關(guān)有3 個(gè)位置如下：“440V ON ”(正常位) “OFF”（過渡位）“External power supply ”（外部供電激活）如果鑰匙開關(guān)從“440V ON”位置（車載電源通過高壓系統(tǒng)供電的正常位置）通過“OFF” 位置轉(zhuǎn)到“External power supply/外部供電”位置時(shí)，外部供電激活

21、。 在鑰匙開關(guān)從“440V ON” 位置到“OFF” 前，主斷路器應(yīng)該斷開并且受電弓需降下。在“OFF” 位置，中央處理器也發(fā)出一個(gè)斷開指令給主斷路器。另外，所有交流負(fù)載被斷開并且牽引和再生制動(dòng)被關(guān)閉。除了最低電壓監(jiān)控外，減載控制也被關(guān)閉。 在“外部供電”位置，當(dāng)所有必須的開關(guān)和控制功能成功完成后，“外部供電準(zhǔn)備”指示燈亮?！巴獠抗╇姟敝甘緹粑挥诳刂破凌€匙開關(guān)的下一個(gè)位置。 鑰匙只能從“外部供電”位置取出。3.2 110VDC 外部供電外部供電 在每一個(gè)電池箱有一個(gè)110V DC 供電。在列車停止運(yùn)行時(shí)，他能夠通過地面固定電源提供110VDC 車載供電。（例如在車庫中）。在這種情況下適用如下邊

22、界條件和參數(shù)：額定電壓：110V DC 額定電流：最大91 A 和插頭的連接位置和數(shù)量：在電池箱上每個(gè)電池一個(gè)插座外部電源可以同時(shí)給兩個(gè)電池供電三、三、故障的冗余和響應(yīng)故障的冗余和響應(yīng) 3.1 440V 60 Hz 3 AC 車載供電車載供電 冗余運(yùn)行，例如：當(dāng)一個(gè)輔助變流器單元或一個(gè)牽引變流器故障時(shí)，車載交流供電網(wǎng)絡(luò)必須能由其余的輔助變流器單元連續(xù)供電。當(dāng)雙輔助變流器單元中的一個(gè)輔助變流器單元故障時(shí)，另外一個(gè)輔助變流器單元應(yīng)能夠繼續(xù)工作。當(dāng)一個(gè)輔助變流器單元或一個(gè)牽引變流器單元故障時(shí)，不會(huì)減少必須的供電。當(dāng)兩個(gè)輔助變流器單元故障或一個(gè)雙輔助變流器單元故障時(shí)，只有與旅客舒適性相關(guān)的與之對(duì)應(yīng)的8 輛車部分的負(fù)載需減少（空調(diào)或部分取暖）。可以不用減少的繼續(xù)給輔助牽引、主空氣壓縮、電池充電供電。 有效功率管理確保在冗余可被使用的情況下最大范圍的可用輸出。這通過檢測輔助變流器單元的輸出電流來保證。當(dāng)最大輸出電流超過時(shí)，空調(diào)系統(tǒng)或取暖系統(tǒng)的輸出被減少。 3.2 110 V DC 車載供電車載供電 110V DC 分配的冗余通過將冗余可用載荷轉(zhuǎn)移到總線BN1 和BN