动车组无火回送发电功能的原理分析

摘 要：动车组在无火回送途中要求受电弓降下，主断路器断开，此时动车组无法从接触网采集电能，动车组的空调、室内照明等辅助供电系统无法正常工作，为解决这一问题，需要通过无火回送单元来为列车供电。本文就无火回送发电功能的原理进行分析，为动车组无火回送发电的实现提供理论依据。

关键词：动车组；无火回送发电；组成；原理；理念分析

1 引言

动车组在运营过程中难免会出现一些故障导致动车组无动力输出，此时需要最大限度提高旅客舒适度，满足旅客要求，减少经济损失。无火回送发电装置是一种全新的车载设备，能够满足动车组无动力回送过程中辅助供电系统的用电需求。

无火回送是铁路行业的专业术语，其产生的背景是：铁路动车组或机车运行到规定的里程后要回到主机厂进行大修，按规定是由机车牵引运行到目的地，这就产生了跨局运输的问题，由于各铁路局是单独核算的，无火回送就要对机车编制票据，按普通车辆办理，沿途各铁路局要对机车所属局收取相关的运输费用。因为过去的蒸汽机车正常运行时是生火的，而回送入厂时是需要熄火的，所以叫做无火回送，一直沿用到现在。现在中国铁路运行的都是内燃机车、电力机车和高速列车，无火回送时内燃机车不启动柴油机，电力机车和高速列车不升弓，也就是说车辆处于无动力输出状态。

为了解决动车组在无火回送途中辅助供电系统的用电需求，通过无火回送装置将蓄电池提供的110V直流电进行升压、逆变，为牵引电机提供预励磁电压，控制牵引电机工作在发电状态，维持牵引变流器中间直流回路电压的恒定，为辅助供电系统提供所需要的电量。

2 无火回送发电单元的组成

动车组牵引变流器中的PRCHK和DC/DC模块构成了无火回送发电单元。无火回送发电单元中的DC/DC是一个升压斩波器，他能够将110V的蓄电池电压升压为400V；图中的单向二极管设置在牵引变流器中间回路与DC/DC模块之间，可以起到防止牵引变流器中间回路的电流反向流入DC/DC模块的作用。

3 无火回送发电原理

目前主辅一体牵引变流器通过增加专用的无火回送单元给中间直流回路进行充电后再对电机进行励磁，实现无火回送发电功能。在无火回送过程中当列车到达一定速度时，无火回送单元中的升压斩波器将蓄电池提供的110V直流电升压至直流400V，给牵引变流器的中间直流回路进行预充电，牵引逆变器对牵引电机进行预励磁。能量从蓄电池经过无火回送单元进行升压，进入中间直流回路，被牵引电机预励磁产生的磁滞损耗和铜耗消耗掉。当牵引电机建立预励磁磁场后，关闭回送发电电源，牵引逆变器工作在中间电压保持模式，通过控制牵引电机的转矩电流，维持中间直流电压的恒定。牵引电机工作在电制状态，将机械能转化为电能，为辅助变流器提供直流电压。能量从牵引电机经过牵引逆变器变为直流电，在经过三相辅助逆变器流向辅助负载。

4 无火回送发电装置进入速度及退出速度的设置理念分析

4.1 速度设置的理念

無火回送发电功能的进入和退出主要依赖于列车的实际速度，为此如何确定进入和退出时刻的速度门槛值显得尤为重要。

4.2 进入速度设置的门槛值

无火回送单元给牵引变流器的中间直流回路进行充电，牵引变流器控制利用该中间电压（400V）储存的能量对牵引电机进行励磁，励磁成功以后牵引电机转入再生制动发电的工况，再生制动产生的能量为中间直流回路提供能量，确保辅助变流器正常工作。由于在牵引电机励磁的时候需要中间直流回路为其提供能量，因此会导致中间直流回路的400V电压产生跌落现象，励磁成功后的牵引电机向中间直流回路反馈能量抬升中间直流电压。根据公式 ，速度越低，牵引电机的功率越低，向中间直流回路反馈的能量越少，无法抬升中间电压，导致无火回送的失败。

根据地面试验情况的总结，为确保各车的牵引电机都能在励磁成功后顺利转为发电模式，维持住中间直流电压的稳定，保证辅助供电设备的正常运行，设置无火回送进入的速度为55km/h。

4.3 退出速度设置的门槛值

无火回送的退出速度是根据整车最大再生制动力和辅助功率来进行计算的，公式如下： 。式中P为整车所需辅助功率，F为再生制动力，v为整车速度，η为系统效率（包括电机效率、齿轮箱效率、变流器效率等）。由公式可知，当整车的辅助功率一定的情况下，速度越低，再生制动力越大。根据对无火回送时所需辅助功率和整车再生制动力曲线的研究，当速度低于35km/h时，再生制动力超过再生制动曲线，即电机无法发挥所需制动力来维持辅助变流器的运行，需退出无火回送模式。

5 结束语

无火回送发电单元使列车在被牵引达到一定的速度且无网侧输入时投入，它利用车载蓄电池提供的能量，对直流母线做快速且水平有限的预充电，保证牵引逆变器能启动，并对电机进行预磁化后退出工作，电机马上转入制动状态，利用列车被拖动时产生的机械能，将直流母线持续充电至正常水平，启动辅助逆变器，给辅助设备供电。

通过对动车组无火回送发电功能的原理分析，为动车组无火回送过程中自发电功能的实现提供了理论基础。确保了动车组在无火回送途中空调、室内照明等辅助供电系统的正常工作。

参考文献：

[1] 刘锦波，张承慧.电机与拖动[M].北京：清华大学出版社，2006.

[2] 罗昭强，尚大为，亢磊. 无火回送装置在动车组上的应用[J].《铁道技术监督》，2017年第11期：42-44.

[3] 高吉磊.高速动车组牵引系统无动力回送发电功能的研究[J].《机车电传动》，2017年第1期：46-50.

作者简介：

李晓栋（1989-）男，汉族，山西省晋中市平遥县岳壁乡阎良村，检修服务事业部技术部诊断工程师/初级职称，大学本科，中车青岛四方机车车辆股份有限公司，CRH2/380A型动车组检修。