福州地铁1号线辅助供电系统扩展供电设计

胡正伟，董利芳，焦芳芳，高兴华，马子奕

（中车唐山机车车辆有限公司 产品技术研究中心，河北唐山063035）

福州地铁1号线辅助供电系统扩展供电设计

胡正伟，董利芳，焦芳芳，高兴华，马子奕

（中车唐山机车车辆有限公司 产品技术研究中心，河北唐山063035）

简要分析了地铁车辆辅助供电系统的3种供电技术特点，介绍了应用于福州地铁1号线的扩展供电技术电气设计、控制接口信号设计及TCMS实施扩展供电的逻辑设计。

福州地铁1号线；扩展供电；电气设计；控制逻辑

福州市轨道交通1号线一期工程（以下简称福州地铁1号线）采用B2型电动客车，编组方式4动2拖：Tc1－Mp1－M1－M2－Mp2－Tc2。福州地铁1号线车辆由中车唐山公司集成制造，牵引电气及控制系统由株洲中车时代电气提供。全线采用直流1 500 V接触网供电方式，辅助供电系统采用扩展供电技术。于2016年5月在南段9站开通试运营以来，经运营测试，辅助供电系统能充分满足列车的正常运营需求。本文针对福州地铁1号线扩展供电技术设计进行分析。

1 地铁车辆3种辅助供电技术

地铁车辆辅助供电系统存在3种供电技术：交叉供电、并网供电和扩展供电［1］。正常情况下，3种供电技术的供电性能相同；降级模式下，存在一定的差异。降级模式分为3种情况：辅助供电单元（以下简称SIV）自身故障、母线局部短路故障和列车网络控制系统（以下简称TCMS）故障。

SIV自身故障时，并网供电和扩展供电在供电网络上冗余设计，保证除空调等保证乘客舒适度的设备外，其余关键设备能正常工作。

母线局部短路故障时，对于交叉供电技术，两路交流供电母线分别为列车两组交流负载供电，相关供电线路的SIV故障时将被保护而处于封锁状态，则该供电线路上的交流负载将停止运行；对于并网供电技术，各SIV输出至同一条贯穿全列的交流母线上，当交流母线上某一点发生短路故障时，则整列车的交流供电母线受到影响，则全列交流负载将停止运行，直至短路故障排除；对于扩展供电技术，由于两个牵引单元的供电线路由扩展接触器分断，此时只需要断开局部短路故障的母线，另一牵引单元的供电不受影响。

TCMS故障时，对于交叉供电技术，辅助供电系统可正常运行，仅有一些过程数据和故障数据无法被列车控制系统记录；对于并网供电和扩展供电技术，TCMS故障将直接终止这两种供电技术的实施，但由于TCMS采用冗余设计，完全失效的概率较低，而且本地控制模式也能保证列车设备的正常运营，只是不能进行优化配置。

在方案设计阶段，综合3种供电技术的特点及牵引电气供应商的应用业绩，提报业主认可，福州地铁1号线辅助供电系统最终选择扩展供电技术。

2 电气原理设计

扩展供电电气原理图如图1所示。

图1 扩展供电电气原理图

当Tc1车SIV和Tc2车SIV都正常工作时，一路交流母线贯穿整列车，但KMK处于断开状态，每个SIV为本单元的所有交流负载供电。当其中一个SIV故障时，TCMS控制KMK闭合，由正常工作的SIV为全列的交流负载供电，考虑到SIV的容量限制，此时对满足乘客舒适性的空调设备进行部分减载运行，以保证空压机、通风机、牵引及辅助系统的冷却风机等重要设备正常运行［2］。

如图1所示，在Tc1车SIV输出侧和Tc2车SIV输出侧各设计一个交流输出检测继电器，即使由于某种原因误动作引起导致K3吸合，只要继电器K1、K2检测到两SIV装置有交流输出，K1、K2都吸合，此时KMK也不会吸合，各单元的交流负载分别由各自SIV供电，从而有效地保证了扩展供电电路的可靠性。

3 接口信号设计

一个SIV故障情况下，TCMS负责扩展供电功能的实施，TCMS与SIV之间的扩展供电相关接口信号通过车辆控制网络传输或通过远程输入输出模块传输［］。

3.1 SIV正常信号

SIV通过车辆控制网络给TCMS提供SIV正常工作信号；同时，SIV通过硬线输出SIV正常信号，经由远程输入输出模块提供给TCMS，以实现该信号的冗余输出。当两SIV中一个发生故障时，该SIV输出的SIV正常信号保持低电平，TCMS通过对该SIV的通信状态或远程输入输出模块的通信状态进行判断，当其他相关条件满足时，控制扩展功能的实施。

3.2 减载信号

当一个SIV发生故障时，考虑一个SIV容量限制，为满足重要交流负载正常工作，TCMS通过车辆控制网络向空调控制系统发送减载指令信号，空调控制系统收到减载指令后，控制空调压缩机减载一半运行，并向TCMS反馈减载完成信号。

3.3 扩展指令信号

当且仅当一个SIV正常信号为高电平，且TCMS收到减载完成信号后，在其他相关条件满足的情况下，TCMS发出减载指令信号，该信号经由远程输入输出模块，通过硬线输出至位于M2车的扩展供电箱，直接控制扩展供电接触器KMK闭合，使正常SIV向列车交流母线供电。

3.4 扩展状态反馈信号

扩展供电箱通过远程输入输出模块向TCMS反馈扩展接触器KMK的状态信号，即扩展状态反馈信号，以实现TCMS对扩展供电相关功能的故障诊断。

4 扩展供电逻辑设计

TCMS控制扩展供电功能的实施，主要包括以下步骤：根据SIV提供的相关状态及故障信息，负责一个SIV故障状态下的减载操作；对扩展供电相关条件进行综合判断，并通过远程输入输出模块发出扩展指令；完成扩展供电功能的相关诊断。

4.1 减载控制

当一个SIV故障时，当以下相关条件均满足时：

（1）当且仅当一个SIV工作正常（TCMS通过车辆控制网络和远程输入输出模块收到的SIV正常信号为等效）。

（2）网压高于DC 1 050 V并持续30 s以上。

（3）无SIV内部短路或交流母线短路，即正常SIV未反馈过载或三相交流负载不平衡信号。

（4）TCMS与M2车远程输入输出模块（该模块与扩展供电箱有硬线连接）通信正常。

（5）扩展供电接触器无卡合故障。

TCMS置位空调减载指令信号为高电平，发出全列车空调负载减载指令。其控制逻辑图如图2所示。

TCMS发出减载指令后，空调系统需要在20 s内完成减载，并通过车辆控制网络向TCMS反馈减载完成信号。如果任一空调未能在20 s内完成减载操作，则TCMS向空调发出2次减载通风指令，实施2次减载控制。

图2 减载控制逻辑图

4.2 扩展供电控制

TCMS发出减载指令，当空调减载完成后，即以下任一条件满足时：

（1）TCMS发出减载指令，且收到所有空调反馈减载完成信号。

（2）TCMS发出减载指令和2次减载通风指令，且收到3个以上空调系统反馈处于通风状态信号。

（3）TCMS发出减载指令和2次减载通风指令，且收到空调系统反馈最多12个空调压缩机处于运行状态。

TCMS置位扩展供电指令信号保持高电平，通过远程输入输出模块输出至M2车扩展供电箱控制扩展供电接触器闭合，完成扩展供电控制。其控制逻辑图如图3所示。

图3 扩展供电控制逻辑图

4.3 扩展供电诊断

扩展供电诊断为扩展供电的控制实施提供直接的输入条件；同时，当扩展供电相关功能不能正常实施时，该诊断为相关技术人员排查故障提供很好的故障和环境数据。

扩展供电相关诊断主要包括扩展接触器卡分故障、扩展接触器卡合故障和空调减载故障。

（1）扩展接触器卡分故障：当TCMS发出扩展供电指令时，扩展状态反馈信号为低电平，且持续4 s以上，则TCMS报扩展接触器卡分故障。

（2）扩展接触器卡合故障：当TCMS未发出扩展供电指令时，扩展状态反馈信号为高电平，且持续4 s以上，则TCMS报扩展接触器卡合故障。

（3）空调减载故障：当TCMS发出空调减载指令，但空调系统未反馈减载完成信号，且持续20 s以上，则TCMS报该车空调减载故障。

5 结束语

福州地铁1号线辅助供电系统采用扩展供电技术，与交叉供电技术相比，福州地铁1号线车辆辅助供电系统具有布线简便、施工方便和集成性高的优点；与并网供电技术相比，当出现内部或外部短路故障时，能使正常SIV立即对列车交流母线供电，保证列车重要负载正常工作，具有故障冗余能力强的特点。另外，由于该系统在正常工作时每个单元的供电是独立的，因此负载波动只影响本单元而不会对另一单元有影响，系统具有抗负载电流冲击能力强的优点。福州地铁1号线扩展供电电气设计可靠性较高，TCMS控制逻辑设计清晰，从列车试验数据和正线运营数据分析，扩展供电技术能充分满足用户需求。

［1］ 胡正伟，焦芳芳.浅析广佛线地铁车辆辅助供电系统［J］.铁道机车车辆，2014，34（4）：66-70.

［2］ 熊成林，冯晓云.不同结构的列车辅助供电系统分析与比较［J］.机车电传动，2008，（2）：15-19.

［3］ 中国交通运输协会城市轨道交通专业委员会.城轨车辆车载控制网络数据传送规范（第2版）［Z］.2012.

Design of Extended Power Supply for Auxiliary Power Supply System of Fuzhou Metro Line 1 Vehicles

HU Zhengwei，DONG Lifang，JIAO Fangfang，GAO Xinghua，MA Ziyi
（Product＆Technology Research Center，CRRC Tangshan Co.，Ltd，Tangshan 063035 Hebei，China）

Three kinds of auxiliary power supply technology for metro vehicles are presented.The electrical design，as well as the input and output control signals design，and TCMS control logic design for extended power supply of Fuzhou metro line 1 vehicles are expounded.

Fuzhou metro line 1；extended power supply；electrical design；control logic

U239.5

A

10.3969／j.issn.1008－7842.2016.06.27

1008－7842（2016）06－0105－03

7—）男，助理工程师（

2016－07－16）