一种轨道交通双源制工程车辆后备牵引电源系统电路及车辆

王秀玲

摘要：介绍一种基于轨道交通双源制工程车辆（以下简称工程车）后备牵引电源系统电路及后备电源车辆（以下简称供电车），针对轨道交通工程维护车的常常出现的受电弓或受流器故障、或牵引蓄电池电量不足时，导致工程车无法正常牵引、救援情况下，设计一种工程车的后备牵引电源系统电路及后备电源车辆，为因电源故障而无法运行的工程车提供牵引电源;同时解决传统牵引蓄电池长续航不足的问题。

关键词：后备电源;牵引电源;系统电路;工程车;供电车

1  概述

目前国内外轨道交通领域，绿色、环保、节能的轨道交通双源制工程维护车辆逐渐代替内燃调车机车，成为机车机务段、地铁车辆段等主要的调车机车;工程车一般采用接触网/第三轨和铅酸牵引蓄电池双能源供电;工程车上安装的牵引蓄电池受车辆重量限制，只能固定安装一定数量的牵引蓄电池，牵引蓄电池作为储能设备，在地铁线路上进行救援时，常常出现牵引蓄电池电量不足，导致工程车不能使用;抑或当工程车受流装置（受电弓或受流器）出现故障时，导致工程车无法牵引，给地铁线路造成极大的困难。

设计一种基于轨道交通工程车维护车的后备牵引电源系统电路及后备电源车辆，可在工程车受流装置故障或牵引蓄电池电量不足导致工程车无法运行时，方便、快捷为工程车提供牵引电源，满足轨道交通地铁线路足够续航里程要求下的能量需求。用于电气化及非电气化铁路、站场等完成调车、小运转的牵引，实现零排放的绿色调车作业。

2  供电车特征及参数

2.1 供电车特征

供电车本身无牵引力，采用单端司机室布置方式，可通过与工程车车辆，实现在后备电源车辆上的牵引/制动。同时后备电源车具有以下特征：

①具备电网电源：一种轨道交通装备工程维护车的后备牵引电源及车辆上设置有受流装置（受电弓或受流器）以及电网保护装置，为车辆提供电网电源;

②具备牵引蓄电池电源：一种轨道交通装备工程维护车的后备牵引电源及车辆上同时设置有牵引蓄电池组及蓄电池组充电及供电电路，为车辆提供牵引蓄电池电源;

③具备工程车后备牵引电源：一种轨道交通装备工程维护车的后备牵引电源及车辆可以为其它工程车提供后备牵引电源（电网电源或牵引蓄电池电源），实现因电源故障无法启动的工程车牵引、救援等;

④多种电源制式充电功能：一种轨道交通装备工程维护车的后备牵引电源及车辆上的牵引蓄电池，通过受电弓、受流器、库内DC1500V电源、库内3AC380V电源或柴油发电机组等多种电源制式为牵引蓄电池充电，保证后备牵引电源车辆上牵引蓄电池充电的方便性、快捷性、充足性。

2.2 供电车主要参数

主要技术参数见表1。

2.3 供电车设备布置

供电车设备布置采用单端司机室，中央内走廊的结构形式。侧墙上设置检修门，以方便设备检修。整车设备布置分为车顶设备布置、司机室设备布置、机械间设备布置、车下设备布置，如图1所示。

供电车上设备主要包含以下设备。

①车顶设备：在机车顶盖上相应布置有受电弓、避雷器、空调、蓄电池车顶通风机等;同时在车顶设置登車门，方便车顶检修;

②机械间设备：在机械间下层布置16箱牵引蓄电池箱（8箱串联后并联）和柴油发电机组，机械间下层布置有辅助变流器+牵引蓄电池充电机、斩波电抗器、控制蓄电池充电机+控制蓄电池、低压柜以及辅助压缩机系统，机械间侧墙设置检修门，方面检修时使用叉车将牵引蓄电池箱吊到车下;

③底架设备：底架区域主要布置转向架、高压柜、高速断路器、受流器、库内充电插座，以及柴油机燃油箱;

④车端设备：车端主要布置辅助设备，前照灯、标志灯/辐照灯、车钩、控制重联插座、牵引重联插座、制动重联风管等。

3  后备电源系统电路

3.1 后备电源系统电路

后备电源系统电路如图2所示。

系统电路主要包括：

序号1：受流装置（受电弓或受流器）

序号2：电网电路保护装置

序号3：辅助变流器+牵引蓄电池充电机

序号1-1：牵引蓄电池组1

序号1-2：牵引蓄电池组1充电及供电电路

序号1-2.1：供电二极管、供电接触器

序号1-2.2：充电二极管、充电接触器

......

序号n-1：牵引蓄电池组n

序号n-2：牵引蓄电池组n充电及供电电路

如图2所示，系统电路中可以根据实际牵引工况设置n组牵引蓄电池组进行并联，本文仅以n=2进行阐述，通过牵引外重联电缆，供电车可以为工程车提供电网牵引电源或蓄电池牵引电源，其示意图见图3。

3.2 后备电源系统电路功能

后备电源系统电路及车辆，具有如下功能：

①备牵引电源系统电路及车辆为重联工程车提供电网牵引电源。

当工程车上受电弓或受流器因故障无法升起时，通过升起后备牵引电源车辆上受电弓或受流器， 受流装置（1）→ 电网保护电路（2）→ 电网外重联电缆 → 向重联工程车提前牵引电源，实现故障工程车的正常牵引、救援等。

同时通过后备牵引电源车辆上的受电弓或受流器，可以为后备牵引电源车辆上的牵引蓄电池进行充电，充满电后，根据电池本身特性设置自动转入浮充阶段。

②后备牵引电源系统电路及车辆为重联工程车提供蓄电池牵引电源。

当电网无电或工程车上的牵引蓄电池电量不足导致工程车无法牵引时，通过启动备电源系统电路及车辆上的牵引蓄电池，牵引蓄电池组1（1-1）→ 电池组1供电电路（1-2.1）→ 电池外重练电缆 → 向重联工程车提前蓄电池牵引电源，实现故障工程车的正常牵引、救援等。

其中牵引蓄电池组供电电路中的供电二极管的作用：1）是防止电网电源不经过牵引蓄电池充电机直接向蓄电池组充电，导致牵引蓄电池过充等;2）是避免多组蓄电池组电压不同，造成蓄电池组之间串电。

③后备牵引电源系统电路及车辆为牵引蓄电池投入控制电路。

考虑到不同续航里程能量要求，设计一种蓄电池组投入显示、选择界面，根据具体续航里程要求下的能量需求，触屏选择启动1组牵引蓄电池组或同时启动多组牵引蓄电池组。

将n组牵引蓄电池组的剩余电量SOC值分别显示蓄电池投入显示屏界面上，可通过触屏模式选择投入牵引供电的蓄电池组，可选择1组或多组牵引蓄电池;当被选择投入牵引供电的蓄电池組剩余电量过低，则牵引封锁，供电接触器自动停止该蓄电池的牵引供电;同时自动切换到邻近蓄电池组进行牵引供电。

④后备牵引电源系统电路及车辆上牵引蓄电池的充电功能。

根据需求，后备牵引电源系统电路及车辆上的牵引蓄电池可通过接触网电源或受流器电源、DC1500V库内电源或3AC380V库内电源，或柴油机发电机组多种电源制式为其充电，以保证供电车上的牵引蓄电池充电方便性、充足性。

⑤供电车上设置操纵台，实现供电车为一台或两台工程车供电及对工程车进行操纵的互联互通功能。

4  结语

中国城市轨道交通快速发展，已获批的轨道交通建设规划的城市已达36个。城市轨道交通的建设不仅意味着在承载运输任务的地铁车辆的大量购置，对用于地铁线路的日常维护、线路检测、车辆救援等等所需的蓄电力池电力工程车的续航能力也有更高的需求。

一种轨道交通后备牵引电源系统电路及车辆在设计过程中攻关了车组间的供电电路和供电车上多种充电电源之间的逻辑控制，全面提升了工程车组的续航能力，提升工程车产品的技术性能、可靠性、可维护性等方面具有重要地位，从子系统到系统集成平台所取得的技术成果可以实现在地铁工程维护车产业领域的突破，实现新平台下产品的创新突破。

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