简述某地铁辅助供电系统

王光波

摘 要： 本文分析了某地铁列车辅助供电系统电路结构。列车辅助系统的供电网络分为：辅助逆变器（DC/AC逆变器）、蓄电池充电器、蓄电池、高压母线、中压母线、低压母线、照明设备与其它必需的辅助设备（继电器、接触器、空气开关、控制器等）。并基于ALSTOM的设计，对该辅助控制系统的原理及功能，主要逆变模块绝缘栅双极型晶体管IGBT模块构成，进行了简单介绍。

关键词：地铁、辅助逆变器、蓄电池、列车照明

随着中国社会经济的发展、城市化进程的加快，随着城市轨道交通不断的发展壮大，城市轨道车辆的研制与开发也逐渐各方面所关注。某地铁列车是由南车集团南京浦镇车辆公司与法国阿尔斯通公司合作生产的地铁车辆，是地铁车辆家族中载客量最大的一种。也是目前世界先进的A型（M系列）宽体列车，目前正被南京、上海、新加坡等地多家地铁所采用。

以下就某地铁辅助供电系统进行简单分析介绍。

1.系统总体信息

某地铁列车整车分为两个车辆单元共有6辆车编组，其中每个单元由一辆带驾驶室的拖车与两辆动车组成。通常6节车编组排列为 A – B – C – C– B – A。某地铁列车辅助系统的供电网络分为：辅助逆变器（DC/AC逆变器）、蓄电池充电器、蓄电池、高压母线、中压母线、低压母线、照明设备与其它必需的辅助设备（继电器、接触器、空气开关、控制器等）。

2.高压母线

2.1.高压配电

高压电源由架空接触网通过受电弓向整个列车高压设备供电。高压电源主要用于列车的牵引动力设备与静态逆变器。受流系统从接触网吸收电能用于向列车供电，在列车每个单元的B车各配有一个受电弓装置。两个受电弓可同时向辅助系统高压母线供电。整列车在两个B车牵引箱中各设了一个1500VDC的车间电源插头以代替受电弓向整列车的辅助系统供电。当任何一个车间电源接通时，均能够向整列车辅助系统供电。车间电源供电与受电弓供电之间设有联锁，采用二极管与牵引高压母线隔离。以保证在任何时候列车仅有一种方式电源供电。静态辅助逆变器通过高压列车线供电，将其转换为中压然后再转换成低压。

3.中压母线

3.1.中压配电

辅助供电系统中的中压母线主要由列车上的辅助逆变器通过中压母线给列车上所有的交流负载供电。其中每一台静态逆变器提供一个独立的3相电网，分别供本单元的设备。在一个辅助逆变器发生故障的状况下，可通过TCMS输出信号控制设在C车的中压连接接触器（MVAPK）对整列6辆车辅助系统的负载设备提供一半负荷用电。这时正常的辅助逆变器对整列6辆车辅助系统设备供电，此时空调减载运行，每个车的空调一个保持通风，一个正常工作。

4.低压母线

4.1.低压配电

DC110V低压电源主要用于车门、紧急照明、乘客紧急通风、通信、控制和数据处理，所有的负载根据需要分别由永久性低压电路和预备低压电路这两条母线供电。每一个静态逆变器箱体都有防止电流由预置低压线向持久电压线流动的二极管，并防止电流从蓄电池回流。预备低压电路通过断路器或保险丝为线路提供过电流保护。

5. 静态辅助逆变器

5.1.辅助逆变器结构

辅助变流器的主要功能块包括：输入电路三相逆变器，输出隔离变压器，逆变器输出交流滤波器，冷却系统与电池充电器。辅助逆变器箱安装于A车底架，它由防护等级为IP20（通风区域 ）和IP55（密闭区域 ）的不同隔间组成。

5.2.辅助逆变器运行原理

当DC1500V高压通过牵引箱进线进入辅助逆变器，电子控制单元使预充电接触器闭合。在输入电压达到900V后，主接触器闭合，而预充电接触器断开。直流线路电压通过输入L-C滤波器，然后由逆变器控制器采用三相逆变器由6只静止开关构成，它用于将DC电压转换成AC电压。逆变器系统采用“PWM”（“脉冲宽度调制”）方法进行整形。采取PWM（脉冲宽度调节）策略控制逆变器，使变流器十分简单逆变成近似正弦波的三相对称交流电源。

AC输出滤波器用三相输出滤波器将PWM电压方波平滑成正弦波，经两组独立的三相隔离变压器输出。变压器的第一个次级绕组通往400伏/50赫兹网络。由于在该绕组中整合了一个电感器，因此三相L-C滤波器仅由一个三相电容器构成。三相隔离变压器线圈输出的是三相四线制AC400V电源，容量230kVA，可满足本单元三辆车辅助系统用电。在实际检修作业中，逆变器将通过本单元B车牵引箱的IES来完成开箱前的保护隔离和接地放电。

5.3.辅助系统基本功能

逆变器的高压输入端有独立的熔断器。该输入熔断器被安装在牵引逆变器中，用于保护逆变器前端的线路。DC/AC逆变器有一个输入接触器。AC/DC整流器（蓄电池充电器）的输入由输入电流监控保护。

逆变器有自关闭和自恢复功能。一旦输入/输出发生突发事件，它将启动自关闭功能。在输入/输出正常后，它可以自动的进入到它的工作状态。

辅助逆变器有重复启动的功能。辅助逆变器的保护由控制电子系统控制。在辅助逆变器控制电路中含有各种传感器，其传出的反馈信号能够使控制电子系统一开始就作用，以便从得到任何损坏信息的同时保护逆变器，尽可能的维持逆变器的输出。这就是，遇到许多故障，逆变器能自动地重起动而不需要驾驶员干预和处理。

6.蓄电池

6.1蓄电池基本要求

列车配有2个蓄电池箱组位于A车底架下。每个子部件装有42块镍镉蓄电池，蓄电池采用容量160Ah帅得福碱性蓄电池。电压范围符合IEC60077，额定电压为DC110 V，直流负载在77至137.5V可以正常工作。每组蓄电池有两个中央加水系统，蓄电池安装在不锈钢下部箱体中。

二极管设置在静止逆变器的输出端，是为了防止125Vdc电流逆流向蓄电池。蓄电池能够被位于底架上的低压和中压箱中的一个手动开关（正负端同时断开）与低压网络隔离 。蓄电池组的电池都以镍镉技术为基础，在两极采用两只200A保险丝BAMF1和BAMF2保护+和-端子防止过电流。安装在蓄电池架的温度传感器向辅助逆变器提供温度信息。

6.2.蓄电池工作运行

位于每节A车蓄电池通过蓄电池充电器充电。如果蓄电池充电器停止使用，其相应蓄电池就不充电。人工操纵的蓄电池隔离开关BIS可以使蓄电池与低压电网隔离。如果列车被唤醒并且辅助逆变器在工作，就按照如下方式管理失去的1500V：T = T0 失去1500V =>失去400V/230V =>正常灯熄灭，应急灯继续亮着，紧急通风启动；T0+45m => 紧急通风切断：A/C单元软件；T0+50m => 列车自动被置于休眠方式：应急灯熄灭。供电50分钟时，蓄电池的端电压还必须大于84 V。对于该情况，如果蓄电池电压低于84V，10分钟的时间后列车自动休眠。如果列车部分被唤醒（只有蓄电池被唤醒，但受电弓没有提起），10分钟后将列车自动休眠。

7.列车照明系统

7.1.司机室照明

司机室照明与客室照明相互独立，照明灯的设置应避免司机台上出现阴影和产生影响司机视线的反射光。所有设备在驾驶操纵台上提供的可读信息（比如监视器、速度显示器、量表等）应该能够容易、清楚地看见。司机室由两盏横向布置的灯提供照明。这两盏灯由司机台上的一个开关控制。

7.2.客室照明

车内乘客照明位于列车顶部天花板，并混合了正常照明和应急照明的两根纵向光带。每节车厢内的正常照明灯都采用相同的布置。客室照明配备了230Vac荧光灯管，在230V（正常照明）电压和110VDC（应急照明）电压正常的情况下，车厢内的任意一点不得小于300勒克斯。

司机可通过使用NLCS（客室灯控制）开关选择灯的模式。他可通过“手动”位置来打开或关掉客室灯。另外，他可选择“自动”位置使客室灯根据光敏元件（位于司机室前侧外部）接受到的外部光线的强度自动控制客室灯的开关。

7.3.列车头部照明

列车头部照明安装A车司机室的前方，由两个头灯和两个尾灯构成。每侧一个头灯配对一个尾灯。头部照明采用DC110V＼DC24V变换器提供的DC24V电源。头灯的设计能够照亮前方的轨道，司机能够以便司机对线路的了望，目测轨道有无障碍物并指示列车运行的方向。尾灯的设计能够确保运行的列车为后继列车发出在线上的信号，使列车在轨道上能够被后续列车的司机看见。

总结：

某地铁正处于列车运营的初期，列车辅助系统的运行相对比较平稳。虽然国内大多数地铁列车的辅助系统依然采用国外先进技术，在国内进行生产组装。但希望不久的将来，通过对辅助系统技术的吸收研究与开发，使整个系统完全实现国产化。

参考文献：

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