动车组辅助供电系统及故障减载方法

摘要

本发明涉及一种高速动车组辅助供电系统及其供电方式和减载方法,动车组辅助供电系统包括辅助变流器、I路母线、II路母线、母线连接器、接触器箱、中压负载和低压供电系统，I路母线和II路母线通过车厢两侧的母线连接器贯穿全列；辅助变流器和中压负载按动车组车厢奇偶数交替与I路母线或II路母线连接；辅助变流器发生故障时，动车组部分中压负载减载运行或直接断开；辅助供电系统通过贯穿全列的母线以并联方式运行，满足动车组相对集中和灵活解编的模式，对于每一组辅助变流系统的冗余要求较低，其经济费用也会大幅度降低，整车供电稳定可靠，保证旅客舒适度及动车组运行安全系数。

说明书

技术领域

本发明涉及一种动车组辅助供电系统，具体的说，涉及一种高速动车组辅助供电系统及 其供电方式和减载方法。

背景技术

辅助供电系统为铁路车辆的重要组成之一，起到为整列客车中低压负载供电的作用，负 载其中包括照明、空调、取暖、电视等。

辅助供电系统主要由辅助变流器、充电机及蓄电池组成。辅助变流器起到将高压直流电 转变为三相AC380V/50Hz为中压负载供电的的功能；充电机作为由三相AC380V/50Hz逆变为 DC110V为低压负载供电的重要环节；蓄电池在紧急情况下起到为乘客的应急照明、通风等低 压负载供电的作用。

目前主要有日系动车组和欧系动车组为代表的两大辅助供电系统：

日系动车组的辅助系统的供电模式为主牵引变压器抽出一个辅助绕组将网压变到交流 400V，经脉冲整流器整流至中间直流后，再逆变成可控的400VAC/50Hz的三相交流电提供到 辅助电源母线上，该供电模式的优点为电路结构形式简单、可靠性较高，缺点为当通过分相 区时，整个辅助供电系统处于无电状态；欧系动车组的辅助系统的供电模式为各牵引单元的 牵引变压器辅助供电绕组供电，经过四象限变流器输出中间直流后再逆变成可控的三相交流 电提供到辅助电源母线上，当通过分相区时，整个辅助供电系统可以借助再生制动实现辅助 系统的不间断供电，该供电模式的优点是能够实现整个辅助供电系统不间断供电，缺点是对 四象限变流器和辅助供电系统设备可靠性要求较高。

现在随着铁路技术的飞速发展，列车的自由编组将成为未来的发展趋势，原有的辅助供 电系统无法因列车的自由编组而灵活地改变其供电方式，对于整个辅助供电系统的冗余度上， 若其中一个辅助供电系统故障，对相邻的辅助供电系统的冗余度要求较高，造成的经济费用 也相对较高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计一种能够满足动车组相对集中和 灵活解编模式的安全可靠的辅助供电系统，降低每一组辅助供电系统的冗余要求，在最大保 证供电均衡性前提下，使负载正常运行，当辅助供电系统故障时，根据负载的重要性进行相 应减载，最大限度保证乘客需求，提高整个系统稳定性的同时降低经济费用。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种动车组辅助供电系统，包括辅助变 流器、I路母线、II路母线、母线连接器、接触器箱、中压负载和低压供电系统，所述母线 连接器设置在动车组车厢连接处的左右两侧，所述I路母线和II路母线通过车厢两侧的母线 连接器贯穿全列；所述辅助变流器按动车组车厢奇偶数交替与I路母线或II路母线连接，所 述中压负载按动车组车厢奇偶数交替与I路母线或II路母线连接；所述低压供电系统中的充 电机按动车组车厢奇偶数交替与I路母线或II路母线连接；所述接触器箱内设有控制辅助变 流器的投入开关和控制负载的选择开关,所述辅助变流器包括端车辅助变流器和动车辅助变 流器。

所述中压负载包括客室空调、驾驶室空调、2个主空气压缩机、主变压器的辅助系统、牵 引变流器冷却风机、水泵、辅助变流器冷却单元、低压供电系统的充电机、主变压器冷却风机、 油泵、厨房用具、水系统加热、撒沙管加热、车钩加热、交流插座。

所述低压供电系统包括充电机、蓄电池组、直流母线连接器、直流I路、直流II路和低 压负载，蓄电池组与充电机相连，直流I路和直流II路通过直流母线连接器贯穿全列，直流 I路与重要低压负载相连，直流II路与普通低压负载相连。

所述动车组辅助供电系统中辅助变流器发生故障时，改变接触器箱内控制负载的选择开 关，动车组部分中压负载减载运行或直接断开。所述动车组辅助供电系统中一个端车辅助变 流器发生故障，改变接触器箱内控制负载的选择开关，动车组所有负载正常运行；所述动车 组辅助供电系统中一个动车辅助变流器故障或者两个端车辅助变流器同时发生故障，改变接 触器箱内控制负载的选择开关，动车组所有客室空调和驾驶室空调减载运行；所述动车组辅 助供电系统中一个端车辅助变流器和一个动车辅助变流器发生故障，两个动车辅助变流器发 生故障，以及一个动车辅助变流器和两个端车辅助变流器同时发生故障，改变接触器箱内控 制负载的选择开关，动车组所有空调处于半载模式，同时交流插座、厨房用具、水系统加热 全部断开，并仅允许一个主空气压缩机工作；所述动车组辅助供电系统中发生除上述辅助变 流器故障类型之外的辅助变流器故障，改变接触器箱内控制负载的选择开关，除低压供电系 统的充电机正常工作外，其他中压负载全部断开。

所述动车组辅助供电系统中1个充电机发生故障时，动车组所有低压负载正常运行；2 个充电机发生故障时，蓄电池组满电时动车组所有低压负载正常运行，蓄电池组未充满电时， 普通低压负载减载；3个以上充电机发生故障时，仅保证重要低压负载运行；当接触网出现 断电或充电机全部故障时，蓄电池组将持续在2小时内对整车的低压负载供电，蓄电池组按 照5分钟,25分钟,90分钟三个时间阶段分别给不同负载供电。

本发明的有益效果为：针对动车组相对集中和灵活解编的模式，辅助供电系统通过贯穿 全列的母线以并联方式运行，一台辅助变流器故障时，将由整列车其余辅助变流器为其负载 均衡供电，对于每一组辅助变流系统的冗余要求较低，其经济费用也会大幅度降低，而且整 个系统的稳定性也得到明显的提高；当多台辅助变流器故障时，通过计算负载容量，当辅助 供电系统不能够满足动车组的用电需求时，提供了具体的减载方案，使供电最优化，整车供 电稳定可靠，最大程度上保证旅客舒适度及动车组运行安全系数，同时最大限度做到负载均 衡型。

附图说明

图1为本发明16编组动车组辅助供电系统的原理示意图；

表1为本发明16编组动车组辅助供电系统中压供电方式及负载分布；

图2为本发明10编组动车组辅助供电系统的原理示意图；

表2为本发明10编组动车组辅助供电系统中压供电方式及负载分布；

图3为本发明的动车组辅助供电系统低压供电系统的原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行具体描述：

实施例1

如图1所示，本实施例为一种16编组动车组，其中Mc车为端车，M车为动车，T车为拖 车，由网络定位系统将动车组车厢编号为1-16车。

如表1所示，16编组动车组辅助供电系统中压负载按动车组车厢奇偶数交替与I路母线 或II路母线连接。

表1 16编组动车组辅助供电系统中压供电方式及负载分布

如图3所示，15KW充电机为图1中动车组的中压负载的一种。

16编组动车组辅助供电系统，包括辅助变流器、I路母线、II路母线、母线连接器、接 触器箱、交流负载和低压供电系统，母线连接器设置在动车组车厢连接处的左右两侧，I路 母线和II路母线通过车厢两侧的母线连接器贯穿全列，1Mc车、3M车、13M车、15M车的辅 助变流器和1Mc车、3M车、5T车、7T车、9T车、11T车、13M车、15M车的中压负载与I路 母线连接；2M车、4M车、14M车、16Mc车的辅助变流器和2M车、4M车、6T车、8T车、10T 车、12T车、14M车、16Mc车的中压负载与II路母线连接，低压供电系统中的充电机根据所 在动车组车厢的奇偶数与I路母线或II路母线连接。

接触器箱内设有控制辅助变流器的投入开关和控制负载的选择开关,辅助变流器包括端 车辅助变流器和动车辅助变流器。

交流负载包括客室空调、驾驶室空调、2个主空气压缩机、主变压器的辅助系统、牵引变 流器冷却风机、水泵、辅助变流器冷却单元、低压供电系统的充电机、主变压器冷却风机、油 泵、厨房用具、水系统加热、撒沙管加热、车钩加热、交流插座。

低压供电系统包括充电机、蓄电池组、直流母线连接器、直流I路、直流II路和低压负 载，蓄电池组与充电机相连，直流I路与重要低压负载相连，直流II路与普通低压负载相连， 直流I路和直流II路通过直流母线连接器贯穿全列。重要低压负载包括中央控制单元控制、 牵引系统控制、辅助系统控制、控制柜控制、空调控制系统、旅客信息系统控制、应急照明、 车门控制、制动控制单元、列车控制系统、旅客信息系统显示器、厨房控制、火警、驾驶室的 显示器、受电弓/主开关/控制；普通低压负载包括：照明、旅客信息系统、驾驶员/乘务员MMI、 列车无线通讯、制动防滑保护、紧急尾灯信号。

16编组动车组辅助供电系统中一个端车辅助变流器发生故障，改变接触器箱内控制负载 的选择开关，动车组所有负载正常运行；动车组辅助供电系统中一个动车辅助变流器或者两 个端车辅助变流器发生故障，改变接触器箱内控制负载的选择开关，动车组所有客室空调和 驾驶室空调减载运行；动车组辅助供电系统中一个端车辅助变流器和一个动车辅助变流器发 生故障，两个动车辅助变流器发生故障，以及一个动车辅助变流器和两个端车辅助变流器同 时发生故障，改变接触器箱内控制负载的选择开关，动车组所有空调处于半载模式，同时交 流插座、厨房用具、水系统加热全部断开，并仅允许一个主空气压缩机工作；动车组辅助供 电系统中发生除上述辅助变流器故障类型之外的辅助变流器故障，改变接触器箱内控制负载 的选择开关，除低压供电系统的充电机正常工作外，其他中压负载全部断开。

16编组动车组辅助供电系统中1个充电机发生故障时，动车组所有低压负载正常运行； 2个充电机发生故障时，蓄电池组满电时动车组所有低压负载正常运行，蓄电池组未充满电 时，普通低压负载减载；3至15个充电机发生故障时，仅保证重要低压负载运行；当接触网 出现断电或充电机全部故障时，蓄电池组将持续在2小时内对整车的低压负载供电，蓄电池 组按照5分钟,25分钟,90分钟三个时间阶段分别给不同负载供电。

16编组动车组在正常运行工况下，辅助变流器由四象限变流器中间直流环节取电，将直 流高压变为三相AC380V/50Hz。当整车过分相时，辅助变流器将牵引变流器再生中间直流电 压逆变成三相AC380V/50Hz，经过两路输出接触器形成两条三相交流母线，即I路母线和II 路母线，实现不间断向整车三相交流母线供电，动车组车厢经网络定位后按奇偶数分为两组， 奇数号车厢的辅助变流器仅供I路母线，偶数号车厢的辅助变流器仅供II路母线，中压负载 交替挂至I路母线或II路母线上，根据列车编组奇偶号，由列车网络控制车上接触器箱内选 择开关的闭合情况。

为了抑制三相负载不平衡，采用三相四线制，其中三相交流母线并联运行，同时各相与 N线形成三路单相交流电源为本车单相负载均衡供电。

16编组动车组5-12节拖车配备两路外接供电插头，当列车入库整备作业时，在不升弓 工况下，可利用地面电源外接插头分别为I路母线和II路母线供电。

实施例2

如图2所示，本实施例为一种10编组动车组，其中Mc车为端车，M车为动车，T车为拖 车，由网络定位系统将动车组车厢编号为1-10车。

如表2所示，10编组动车组辅助供电系统中压负载按动车组车厢奇偶数交替与I路母线 或II路母线连接。

表2 10编组动车组辅助供电系统中压供电方式及负载分布

10编组动车组辅助供电系统，包括辅助变流器、I路母线、II路母线、母线连接器、接 触器箱、交流负载和低压供电系统，母线连接器设置在动车组车厢连接处的左右两侧，I路 母线和II路母线通过车厢两侧的母线连接器贯穿全列，1Mc车、3M车、9M车的辅助变流器 和1Mc车、3M车、5T车、7T车、9M车的中压负载与I路母线连接；2M车、8M车、10Mc车 的辅助变流器和2M车、4T车、6T车、8M车、10Mc车的中压负载与II路母线连接，低压供 电系统中的充电机根据所在动车组车厢的奇偶数与I路母线或II路母线连接。

接触器箱内设有控制辅助变流器的投入开关和控制负载的选择开关。

交流负载包括客室空调、驾驶室空调、主空气压缩机、主变压器的辅助系统、牵引变流器 冷却风机、水泵、辅助变流器冷却单元、低压供电系统的充电机、主变压器冷却风机、油泵、 厨房用具、水系统加热、撒沙管加热、车钩加热、交流插座。

低压供电系统包括充电机、蓄电池组、直流母线连接器、直流I路、直流II路和低压负 载，蓄电池组与充电机相连，直流I路与重要低压负载相连，直流II路与普通低压负载相连， 直流I路和直流II路通过直流母线连接器贯穿全列。重要低压负载包括中央控制单元控制、 牵引系统控制、辅助系统控制、控制柜控制、空调控制系统、旅客信息系统控制、应急照明、 车门控制、制动控制单元、列车控制系统、旅客信息系统显示器、厨房控制、火警、驾驶室的 显示器、受电弓/主开关/控制；普通低压负载包括：照明、旅客信息系统、驾驶员/乘务员MMI、 列车无线通讯、制动防滑保护、紧急尾灯信号。

辅助变流器包括端车辅助变流器和动车辅助变流器。

10编组动车组辅助供电系统中一个端车辅助变流器发生故障，改变接触器箱内控制负载 的选择开关，动车组所有负载正常运行；动车组辅助供电系统中一个动车辅助变流器或者两 个端车辅助变流器发生故障，改变接触器箱内控制负载的选择开关，动车组所有客室空调和 驾驶室空调减载运行；动车组辅助供电系统中一个端车辅助变流器和一个动车辅助变流器发 生故障，两个动车辅助变流器发生故障，以及一个动车辅助变流器和两个端车辅助变流器同 时发生故障，改变接触器箱内控制负载的选择开关，动车组所有空调处于半载模式，同时交 流插座、厨房用具、水系统加热全部断开，并仅允许一个主空气压缩机工作；动车组辅助供 电系统中发生除上述辅助变流器故障类型之外的辅助变流器故障，改变接触器箱内控制负载 的选择开关，除低压供电系统的充电机正常工作外，其他中压负载全部断开。

10编组动车组辅助供电系统中1个充电机发生故障时，动车组所有低压负载正常运行； 2个充电机发生故障时，蓄电池组满电时动车组所有低压负载正常运行，蓄电池组未充满电 时，普通低压负载减载；3至9个充电机发生故障时，仅保证重要低压负载运行；当接触网 出现断电或充电机全部故障时，蓄电池组将持续在2小时内对整车的低压负载供电，蓄电池 组按照5分钟,25分钟,90分钟三个时间阶段分别给不同负载供电。

10编组动车组在正常运行工况下，辅助变流器由四象限变流器中间直流环节取电，将直 流高压变为三相AC380V/50Hz。当整车过分相时，辅助变流器将牵引变流器再生中间直流电 压逆变成三相AC380V/50Hz，经过两路输出接触器形成两条三相交流母线，即I路母线和II 路母线，实现不间断向整车三相交流母线供电，动车组车厢经网络定位后按奇偶数分为两组， 奇数号车厢的辅助变流器仅供I路母线，偶数号车厢的辅助变流器仅供II路母线，中压负载 交替挂至I路母线或II路母线上，根据列车编组奇偶号，由列车网络控制车上接触器箱内选 择开关的闭合情况。

为了抑制三相负载不平衡，采用三相四线制，其中三相交流母线并联运行，同时各相与 N线形成三路单相交流电源为本车单相负载均衡供电。

10编组动车4-7节拖车配备两路外接供电插头，当列车入库整备作业时，在不升弓工况 下，可利用地面电源外接插头分别为I路母线和II路母线供电。