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1、CRH380BL动车组辅助系统介绍,中国北车长春轨道客车股份有限公司二一一年五月,一、系统及功能描述,1.1 系统概述 CRH380BL动车组的辅助供电系统采用母线供电方式，1-8车与9-16车分为两个独立的辅助供电系统，两个辅助供电系统之间的中、低压母线互不贯通。辅助供电制式分为以下5种：AC 三相440V 60HZ、AC 单相230V 60HZ、AC 单相230V 50HZ、DC110V、DC24V,辅助电源为列车辅助设备如冷却风机、空调装置、照明、网络控制系统、制动装置、旅客信息、列车无线电等设备提供电能。正常情况下，所有的辅助变流器都向母线输出同相位三相440V 60HZ电源，实现联网
2、供电。动车组设有4组高倍率蓄电池，每组容量为2X163Ah。地面三相AC380V/50Hz电源也可以为车上辅助负载供电。,1.2设计目标与理念,高可靠性：采用列车干线供电方式，由分散布置的辅助变流器并联向干线供电,所有的辅助变流器都通过供电总线排向整列列车同相位输出440V 60Hz 3 AC 电源；系统采用冗余设计，牵引变流器发生故障时，能够自动进行输入切换。应急保障功能：设有应急供电系统，车辆发生故障时，可按设备的用电优先等级进行供电支援。诊断保护功能：辅助变流器、充电机等辅助设备具有自诊断功能和故障保护功能。,1.2设计目标与理念,持续供电功能：CRH380BL动车组在设计上保证了过分相
3、区时牵引变流器的中间直流电路不间断供电。过分相区时，控制系统采取微小的制动,保证辅助变流器牵引由变流器的中间直流电路不间断供电。这样设计有很大优点：首先，过分相时空调连续工作，减少了故障率。其次，过分相区时蓄电池不用大电流对整车的直流负载放电，减少了故障率，更重要是减少了蓄电池数量，提高了动车组经济性。良好的安全性：网络控制诊断系统功能强大，对供电线路发生的过载、短路、瞬时大电流冲击、过压、欠压、接地等现象及时加以保护，供电负载具有自诊断功能和故障保护措施，确保了旅客安全。,中压供电系统技术参数,低压供电系统技术参数,1.3 系统组成 辅助供电系统主要由单辅助变流器、双辅助变流器、充电机、蓄电
4、池、AC440V/AC230V变压器、DC110V/AC230V逆变器、DC110V/DC24V变换器组成。,在（15、10、07 和02）变压器车上配备有一个单辅助变流器单元。他们与头车16/01 以及中间车09/08 的牵引变流器中间电路相连。在中间车13、12、05 和04 分别配备了一个双辅助变流器。他们分别与中间车14、11、06 和03 内牵引变流器的中间电路相连。在双辅助变流器和单辅助变流器的输入端都与一根电缆相连接，这样可以实现在从一个继续有效的牵引变流器同时给辅助变流器供电。（这种情况是考虑两个牵引变流器中一个失效时）。,所有的辅助变流器都通过供电总线排向8 辆车（16 到0
5、9 和08 到01）同时输出440V60Hz 3 AC 电源。在正常情况下，列车供电总线排贯通整列车。如果供电总线排出现故障，可以通过打开辅助变流器中的连接开关来隔离8 辆车部分的单个区间的供电。在单个车内总线排能提供最大的载荷，辅助变流器单元通过440V 60Hz 3 AC 总线排实现同步，不需要单独的同步电缆。,在中间车13、12、05 和04 分别配备了一个蓄电池和一个充电机，电池充电机通过440V 60Hz 总线获得供电，充电机给蓄电池，110V DC 系统以及与之连接各种负载供电。110V DC 系统贯穿整个8 辆车（16 到09 和08 到01）。在每节车里各有一个逆变器从110V
6、 DC 系统中获取电能，输出230V 50Hz 1 AC 给旅客插座等供电。230V 50Hz 1 AC 供电车与车之间不相互连接。一个230V 60Hz 1 AC 供电网络给列车一些低功率的加热设备供电，这个供电由440V 60Hz 3 AC供电的变压器产生。,辅助供电设备布置如图：,1.4 辅助变流器简介 辅助变流器单元被放置在一个适合车底安装的箱体中,箱体中有功率半导体,开关装置,保险丝,控制系统部件,冷却系统部件以及感应元件.辅助变流器采用强迫风冷的冷却系统。在中间车13、12、05 和04 中分别有一个双辅助变流器单元,每个双辅助变流器单元由两个单辅助变流器单元组成.在每辆变压器车(
7、15、10、07 和02)各有一个单辅助变流器。,辅助变流器单元由下列零部件组成：1 带有输入端子的输入电路，保护二极管，带电阻的预充电开关及主开关。2 输入电流、电压测量装置。3 空气冷却的PWMI模块。4 集成了正弦滤波的60 Hz 输出变压器，空气冷却。5 EMC滤波器。6 输出开关。7 具有RS232 端口的微处理器控制单元。8 根据TCN 标准的车辆总线接口。9 保护和监测设备。10 风扇。组成辅助变流的脉宽调制逆变器采用最先进的IGBT 技术，脉宽调制逆变器采用(PWM)工作原理。高频开关使输入及输出电流的谐波最小。,辅助变流器的输入端与牵引中间电路连接。辅助变流器由其中央控制系统
8、控制和诊断，同时脉宽调制逆变器的控制系统对上述功能也有辅助作用，控制系统除配备诊断端口和服务端口外，还有车辆总线接口(MVB)。,单辅助变流器单元框图,双辅助变流器单元框图,辅助变流器单元的技术参数,1.5 逆变器（230V 50Hz）介绍,每节车都配备有一个230V50 Hz 1 AC 逆变器给车辆电气插座供电，逆变器的供电来自110V DC 直流供电系统。输出功率为3kVA，餐车上的逆变器应能满足厨房设备用电功率的要求。,逆变器具有以下特性或技术参数：-输出恒定的电压230V 50Hz 1 AC-输入电压：77 137.5VDC-输出电压：230V（+6%,-3%，静态公差）-输出频率：5
9、0Hz(+0.5Hz)-输出电压的畸变系数：3kVA)-空气冷却-电气绝缘,1.6 电池充电机,电池充电机(BC)由440 V 60 Hz 3 AC 车载电源供电，安装在车下合适位置的箱中。分别位于中间车13、12、05 和04 的车下。电池充电机由一些模块组成，总功率60 kW。采用强迫风冷。每个电池充电机都有一个永久接地故障检测。,电池充电机包括下列部件：带输入端子的输入回路 输入电流和电压测量装置 输出电流和电压测量装置 风冷充电机模块 电池的主接触器 电池输出配电保险 电磁兼容滤波器,接地故障检测 带有RS232 端口的微处理器控制器 符合TCN 标准的MVB 接口。保护和监测设备 风
10、扇 电池保险 对电池负载解耦的二极管,电池充电机的技术资料,1.7 蓄电池,列车电池系统设计上采取了冗余。也就是说两个独立的电池充电机分别安装在中间车13、12、05 和04 车上，向各自的110 V DC 总线排供电。两个110 V DC 总线排通过各自的电池连接总线(BCB)连接。电池充电机可以向8 辆车部分的110 V DC 负载供电。电池与各自的充电机连接。所有的8 辆车部分列车的110 V DC 负载可以由与电池的110 V DC 总线排供电。此系统确保了在电池充电器故障和电池故障时对110V DC 负载的冗余供电。电池安装在中间车13、12、05 和04 车下邻近电池充电机的位置。
11、,目前使用的电池组的主要数据：,电池类型：NiCd 镍镉容量：大约每个电池300Ah,110V DC 供电级别分为：“直连电池”供电“BD”(不间断供电)“常规电池”供电“BN”(通过主电池接触器闭合和关断)这些供电级别也称电池母线。为了提高某些冗余负载的可用性（例如应急照明，中央控制单元，人机界面等），“常规电池”总线排分为1 和2（BN1,BN2）。因此，在各端车内，一个CCU 由BN1 供电，第二CCU 由BN2 供电。,作为冗余设计（电池充电机或电池故障），各个电池总线排由其他牵引单元（TU）通过BCB 总线排供电。电池总线排BN1 和BN2 通过电池总接触器连接。可用司机室的“电池开
12、关”旋钮将其激活。只有全部运行开关都在零位置，才能使用旋钮将电池总线排BN1 和BN2 断开连接。,“直连电池”总线排（BD）上的负载 闭合电池主接触器 若选中“BD 应急系统”则紧急照明 旅客信息系统的应急操作 驾驶员/乘务员MMI(暂停)紧急尾灯信号 制动部件的零件，包括防滑保护系统 列车无线通讯紧急操作 重联状况的紧急操作 拖拽模式,“常规电池，总线排1”（BN1）和“总线排2”(BN2)上的负载,BN1 上的负载 中央控制单元CCU 1 KLIP 站(冗余 1)KLIP 站(无冗余)MVB 转发器 电源线 A 牵引箱（牵引控制单元TCU,接触器，辅助接触器，高压控制部件，补充充电器）空
13、调系统（接触器和控制系统）电器柜风扇（左）前风挡加热控制 主照明 阅读用灯 应急照明（组1）司机室顶灯 辅助变流单元控制 充电机控制 车载电源分配（接触器BN1）门控制 旅客信息系统（列车目的地显示器，内部显示器）泵箱（厨房）,厨房照明 卫生设备用水系统控制 管道和撒沙管加热器控制 可控辅助空气压缩机 空气干燥系统 轮缘润滑 驾驶室遮阳板 牵引箱(断路器)车钩导流罩控制 制动（阀）制动控制单元 火警 驾驶室的显示器 列车广播 外部照明控制 障碍物侦测系统 安全环 厨房控制 紧急关断控制 受电弓/主开关/导向开关控制,BN2 上的负载 中央控制单元2 KLIP 站（冗余2）MVB 转发器 电源线
14、B 牵引箱2（牵引控制单元TCU,接触器，辅助接触器，高压控制部件，补充 充电器）紧急照明（组2）车载电源分配（接触器BN2）电器柜风扇（右）,二、车载电源,以下描述了各交流配电的交流负载的分配：,1、440V 60Hz 3 AC-客室空调-驾驶室空调-主空气压缩机-主变压器的辅助系统-牵引辅助系统-前风挡加热-辅助变流单元冷却-BC 电池充电机,2、由440V AC 变压的230V 60Hz 1 AC-厨房一些的负载-水系统加热-撒沙管加热-车钩端加热230V 60 Hz 1 AC 电源的所有线路安全开关都设计成双极。,3、经110V DC 逆变器产生的 230V 50Hz 1AC-清洁的插
15、座（每车13A 熔断，输出电压适于连接标准设备）-厨房负载-电源的所有线路安全开关都设计成双极。,三、外部电源,3.1 380 V 50 Hz 3 AC 外部电源 每一个牵引单元在双辅助变流器单元有一个电源的供电插座由380 V 50 Hz 电源给440V60Hz 的网络供电。当使用外部供电时，车载电源当双辅助变流器单元插上外部插头后必须停止供电。该限制通过车库中的外接供电实现。另外车库的外部电源与外部电网进行电气隔离。外部电源供给只能在两个双辅助变流器单元之一提供。当使用外部供电时，通过控制在辅助变流器单元的耦合接触器闭合自半列车（8辆）供电并且第二个双辅助变流器单元的外部电源供给被锁闭。,
16、向以下设备供电：电池充电器取暖和空调系统，按照有用功率增加。其他440V 负载，按照有用功率增加。,外部供电用一个在05 和12车 控制面板上的一个钥匙来激活。钥匙开关有3 个位置如下：“440V ON”(正常位)“OFF”（过渡位）“External power supply”（外部供电激活）如果钥匙开关从“440V ON”位置（车载电源通过高压系统供电的正常位置）通过“OFF”位置转到“External power supply/外部供电”位置时，外部供电激活。在钥匙开关从“440V ON”位置到“OFF”前，主断路器应该断开并且受电弓需降下。在“OFF”位置，中央处理器也发出一个断开指令
17、给主断路器。另外，所有交流负载被断开并且牵引和再生制动被关闭。除了最低电压监控外，减载控制也被关闭。在“外部供电”位置，当所有必须的开关和控制功能成功完成后，“外部供电准备”指示灯亮。“外部供电”指示灯位于控制屏钥匙开关的下一个位置。钥匙只能从“外部供电”位置取出。,3.2 110VDC 外部供电 在每一个电池箱有一个110V DC 供电。在列车停止运行时，他能够通过地面固定电源提供110VDC 车载供电。（例如在车库中）。在这种情况下适用如下边界条件和参数：额定电压：110V DC 额定电流：最大91 A 和插头的连接位置和数量：在电池箱上每个电池一个插座外部电源可以同时给两个电池供电,三、
18、故障的冗余和响应,3.1 440V 60 Hz 3 AC 车载供电 冗余运行，例如：当一个辅助变流器单元或一个牵引变流器故障时，车载交流供电网络必须能由其余的辅助变流器单元连续供电。当双辅助变流器单元中的一个辅助变流器单元故障时，另外一个辅助变流器单元应能够继续工作。当一个辅助变流器单元或一个牵引变流器单元故障时，不会减少必须的供电。当两个辅助变流器单元故障或一个双辅助变流器单元故障时，只有与旅客舒适性相关的与之对应的8 辆车部分的负载需减少（空调或部分取暖）。可以不用减少的继续给辅助牵引、主空气压缩、电池充电供电。有效功率管理确保在冗余可被使用的情况下最大范围的可用输出。这通过检测辅助变流器
19、单元的输出电流来保证。当最大输出电流超过时，空调系统或取暖系统的输出被减少。,3.2 110 V DC 车载供电 110V DC 分配的冗余通过将冗余可用载荷转移到总线BN1 和BN2 而从后面的充电机获得。当一个电池充电失败时，其他的完全负责向所有的直流车载负载供电。分配的电池不再被充电，因为电池的充电彼此不连接。当辅助变流器单元故障，例如由于接触限电压故障或因为所有主断路器断开，电池的充电模式结束。充电的电池这时向电池总线供电。边界条件，例如充电状态、酸温度、电池使用时间等影响电池的可能的供电能力。中央控制器通过选择性的关闭载荷控制负载，因此也影响放电程序。这通过低水平最小电压监测功能的时
20、间控制关断模式来实现。中央处理器采用电池总线电压完成这一功能。,时间控制关断模式：,系统不会自动关闭必须在30 分钟后由司机人工关闭。包括如果运行开关的方向在0 位置，人工关断电池主接触器要通过“电池ON/0/OFF”旋转开关实现。为保证这之后紧急系统继续被供电，“BC/充电机上的紧急系统”开关必须闭合。在关断模式结束之前（最长120 分钟）列车能够随时恢复到准备就绪状态。如果关断模式已经通过并且电池充电没有恢复，电池继续被通过直连电池供电的负载放电。结果可能是彻底放电。为避免这样，当电池主接触器和“直连电池紧急系统”开关断开后，被直连电池供电的负载必须被断开。这可以通过断开相应的线型安全开关（LSS）断开电池的接线。列车不能通过被放的电池被恢复到准备状态。电池必须首先被外接110 V DC 电源充电或被充电的电池更换。,谢谢！,
