中国标准动车组辅助供电系统负荷能耗测试方案

中国标准动车组辅助供电系统负荷能耗测试方案

郑燕辉

中国铁路北京局集团有限公司天津动车客车段

摘要：本文介绍了中国标准动车组辅助供电系统结构设计了，并对辅助供电系统数据采集方案与数据采集设计方案进行了详细的描述。

关键词：中国标准动车组，辅助供电系统，负荷能耗，测试方案

中国动车具有运行时间长、载客量大、运行环境复杂多变等特点，因此中国动车技术要求标准更为严格。为满足国内运行需求，铁路工程技术人员发挥聪明才智，设计并制造了具有高安全性和高性价比的动车组平台，时速达350公里，技术处世界领先水平。

研究人员对350公里时速动车组原型样车进行了60万公里测试，对长时间运行条件下标准动车组关键系统和各个部件性能进行了全面检查。科学检测到了运行60万公里情况下样车辅助供电系统负荷能耗随季节变化数据信息，以及各种情况下车内外温度、牵引负荷等信息，为提高供电系统安全性能提供依据，不断提高供电系统合理性。

1中国标准动车组辅助供电系统结构

时速350公里的中国标准动车组结构为4动4拖s节车辆进行编组，每列标准动车组配备4台辅助变流器，其结构设计如图1所示：

图1中国标准动车组辅助供电系统结构图

辅助变流器采用公用母线模式设计输出端，４台辅助变流器的4个输出均连接到Ｈ相上，汇聚成为一个总输出端。辅助供电系统中压、低压条件下所需总电能即为Ｈ相的输出电压。由动车组上牵引变流器为辅助变流器和牵引电机同时提供输入电能。

图2充电机工作结构图

图1展示的是中压负荷和充电机。通常情况下，动车内部所需的照明、信息提示等用电需求均为低压负荷，动车上充电蓄电池即可提供。图2展示的内容即为充电机蓄电池工作结构。如图所示，利用充电蓄电池可提供DC 110V的工作电，能够保证动车内部低压负荷需求，确保各系统正常工作。

2辅助供电系统数据采集方案设计

根据我国标准动车组辅助供电系统结构特点，本文设计了辅助供电系统实际功率消耗数值测量方案，具体如下：

2.1针对辅助变流器的设计方案

1.针对辅助变流器的测试方案如图3所示。

图3针对辅助变流器设计的采集方案图

根据辅助变流器相关数据，能够获得动车组辅助供电系统容量的参数，图3内容为将测量输出功率的三相功率表安装在辅助变流器上，测量辅助变流器功率，从而为动车组辅助供电系统容量设计提供参数。这一设计方案具有很强的操作性，不仅程序简单，而且测试数据也较为稳定，从而准确计算出消耗总功率。但是因为该方案中测试的对象是辅助变流器总容量，测量数据不能反映不同中压负荷实际消耗情况，因此测试意义有一定局限性。

2.2针对辅助供电系统负荷的设计方案

1.针对辅助供电系统负荷的测试方案如图4所示。

图4 针对负荷能耗的测试方案

图4展示的设计方案中，每一个具体负荷都是一个测试点，所得测试数据更为详实，因此可为部分负荷性能研究提供准确参数。但是这种测试方法对网络环境要求比较严格，一旦网络环境不达标就可能发生丢包问题。同时，动车组中压负荷数量很大，该方案需要采集的数据量非常大，影响工作效率。

将上述两种方案进行对比，综合考虑两种方案的优势和不足，本研究最终确定以国内标准动车组辅助供电系统中压负荷为研究对象，针对辅助供电系统负荷电压电流进行测试，在此基础上计算出有关数据。以此为参照对国内动车组辅助供电系统设计合理性进行评估。

3数据采集设计方案

3.1数据采集整体设计方案

国内标准动车组辅助供电系统的中压负荷和低压负荷在8节车厢中均有设置，因此本研究所选方案将每一节车厢都视为一个数据采集单元。 在数据采集过程中，下位机接受上位机指令之后，将按照要求采集到的数据信息通过网络上传给上位机。上位机已设定的软件对接收的数据信息进行存储和显示。图5展示内容为本方案这一构想。

图5整体方案结构图

在不同车辆上都安装电流互感器，用于完成数据交换。电流互感器设计为卡式结构，安装时不需要太大的空间，比较快捷。卡式结构电流互感器可以通过直引接触线的形式采集电压信息。电压互感器作用可以忽略不计，信息采集省时省力。

3.2车辆单元数据采集设计方案

为进一步展示数据采集器设计原理及工作过程，本研究深入设计了单节车厢数据采集方案，具体结构如图6所示。

图6 车辆单元数据采集方案框图

国内标准动车辅助供电系统所有中压负荷系统中均含有负荷电流端子排。为了方便管理和避免混乱，可以将各个系统中的负荷电流端子排进行统一编号。然后根据不同编号安装电流互感器，便于采集真实准确的数据并进行数据管理。通常将电流互感器安装在进线端，系统工作之后进线端有电流通过，电流互感器在感应到电流之后开始采集电流信息，再将采集到的电流信息传送到下位机数据采集器。电流信息经过数据采集器处理之后，通过网络环境下的通信模块传送到上位机控制单元。最初从下位机采集到的电流信息，经过一系列处理之后最终存储并显示在上位机位置。

参考文献：

[1]李叔恒. 中国标准动车组辅助供电系统负荷能耗测试与分析[D]. 西南交通大学, 2017.

刘含筱, 杨玉新, 李立伟, et al. 动车组辅助电源系统接地检测研究[J]. 青岛大学学报(工程技术版), 34(01):85-90.