城际动车组高压供电系统分析

莫海涛

摘 要：介绍了城际动车组的高压供电系统组成及功能，对两种高压供电系统进行了对比分析，并提出了一种改进的高压供电系统设计。

关键词：城际动车组;高压供电系统;牵引变压器;真空断路器

0 引言

2020年3月，中共中央政治局常务委员会召开会議提出，加快5G网络、数据中心等新型基础设施建设进度。新基建主要包括5G基站建设、特高压、城际高速铁路和城市轨道交通、新能源汽车充电桩、大数据中心、人工智能、工业互联网七大领域，涉及诸多产业链。在城际铁路领域，作为载客移动装备的城际动车组是产业链中的重要一环。

1 城际动车组及高压供电系统介绍

城际动车组具有“载客量大、快启快停、快速运行、快速乘降、舒适性高、节能环保”等特点[1]。目前我国载客运营的城际动车组有多种车型，按速度等级分有160km/h和200km/h两种，按编组形式分有八编组和四编组两种。

城际动车组主要由车体、转向架、高压供电系统、牵引系统、辅助供电系统、网络系统、制动系统和空调系统等组成[2]。高压供电系统的功能就是将接触网的高压电引入牵引变压器原边绕组，然后将牵引变压器副边绕组接入牵引变流器为其供电，最终由牵引变流器为整列城际动车组提供牵引动力控制和辅助供电，因此高压供电系统是城际动车组的关键系统之一。

2 城际动车组高压供电系统组成及原理

2.1 组成

城际动车组高压供电系统主要由受电弓、高压隔离开关、保护接地开关、高压电缆及电缆连接器、真空断路器、牵引变压器、避雷器、网压互感器和电流互感器组成。

2.2 高压供电系统拓扑结构及工作原理

以四编组城际动车组为例，高压供电系统有两种拓扑结构，以下分别叫高压供电系统一和高压供电系统二。

高压供电系统一由两台受电弓、两台高压隔离开关、两台保护接地开关、高压电缆及电缆连接器、两个真空断路器、两台牵引变压器、四台避雷器、两台网压互感器和六台电流互感器组成，高压供电系统一拓扑结构图如下。

工作原理：高压供电系统一正常工作时，需升一架受电弓，闭合该受电弓附近的高压隔离开关，闭合全列两个真空断路器。以升2车受电弓为例，接触网25kV交流电经2车受电弓、高压隔离开关引至全列贯通的高压电缆及电缆连接器，再分别经过1、4车的真空断路器，接入1、4车的牵引变压器原边绕组，这样1、4车牵引变压器有了高压电就可以正常工作了。

高压供电系统二由两台受电弓、两台高压隔离开关、两台保护接地开关、高压电缆及电缆连接器、两个真空断路器、一台牵引变压器、3台避雷器、两个网压互感器、两个电流互感器组成，高压供电系统二拓扑结构图如下。

工作原理：高压供电系统二正常工作时，需升一架受电弓，闭合本车的真空断路器和高压隔离开关。以升2车受电弓为例，接触网25kV交流电经2车受电弓、真空断路器、高压隔离开关，接入2车的牵引变压器原边绕组，这样2车牵引变压器有了高压电就可以正常工作了。

2.3 高压供电系统一、二对比分析

从高压供电系统一、二拓扑结构图可以看出，高压供电系统一较高压供电系统二最主要的差别是多了一台牵引变压器，正常工作时需闭合两个真空断路器，从而使两台牵引变压器正常工作。

高压供电系统一的优点是有两台牵引变压器独立工作，牵引变压器有冗余设计，当一台牵引变压器因散热部件的风机、油泵故障或控制回路的继电器、接触器动作异常等原因导致该牵引变压器无法工作时，另一台牵引变压器仍可正常工作，维持城际动车组运行。但是，由于高压供电系统一正常工作时，两个真空断路器均需闭合，使得真空断路器闭合、断开的动作频率相对提高，动作次数相对增加。真空断路器的闭合、断开动作，会在真空断路器附近产生较大的振动冲击，从而对真空断路器服役寿命造成影响。因此高压供电系统一的缺点就是真空断路器动作次相对多，影响真空断路器的寿命。

3. 高压供电系统设计改进

综合高压供电系统一和高压供电系统二各自的优点，对高压供电系统进行改进设计。在保持高压供电系统一两台牵引变压器的基础，调整真空断路器、高压隔离开关、保护接地开关在系统中的位置，改进的高压供电系统拓扑结构图如下。

改进的高压供电系统在正常工作时，需升起一架受电弓，闭合本车真空断路器和全列两台高压隔离开关，这样就可以让两台牵引变压器正常工作。改进的高压供电系统保证了牵引变压器的冗余设计，相对减少了真空断路器的动作次数，同时在高压供电系统回路中任一点出现接地故障时，可相应通过换弓、切除高压隔离开关对接地点进行隔离，保证至少有一台牵引变压器可以正常工作，维持城际动车组的运行。

4. 总结

高压供电系统一牵引变压器有冗余设计，但真空断路器动作次数相对增加，影响真空断路器服役寿命;高压供电系统二可减少真空断路器动作次数，相对延长真空断路器寿命，但牵引变压器无冗余设计，高压供电系统在牵引变压器故障时无法继续工作。改进的高压供电系统减少了真空断路器的动作次数，提高了牵引变压器的冗余设计，同时在系统回路中出现接地故障时可有效隔离接地点，保证高压供电系统继续工作。

参考文献：

[1]齐延辉，赵长龙.城际动车组发展趋势研究[J].机车电传动，2019，（06）：1-4

[2]何丹炉，梁君海，丁叁叁.CRH6F型城际动车组研制[J].铁道车辆.2014（12）