复兴号动车组辅助供电系统原理分析及应用

复兴号动车组辅助供电系统原理分析及应用

于海波 ,张晓坤 ,祖瑀擎 ,毕凯乔 ,付琢  

中车长春轨道客车股份有限公司高速动车组制造中心  吉林长春  130062

摘要 本文阐述了复兴号动车组辅助供电系统的组成，重点介绍了动车组配电系统中低压直流供电电路及电压分配方式，对辅助变流器、蓄电池、充电机、单相逆变器等重要设备进行详细功能原理分析及探讨，提出了动车组未来辅助供电系统发展趋势和方向。

关键词 辅助供电系统；动车组；辅助变流器；

1  系统介绍

辅助供电系统是动车组车辆电气系统的重要组成部分，采用母线并联供电方式，CRH 350km/h “复兴号”动车组辅助变流器是将来自牵引变流器中间直流环节的DC3000 V直流电逆变成3AC380V/50Hz的正弦交流电，向动车组车辆所有车载三相负载、辅助变流器、蓄电池和充电机等电气设备提供电力，以此保障车内乘客安全和乘坐环境舒适。

2  辅助供电系统组成及特点

2.1 辅助变流器组成及配置

复兴号8辆编组动车组设4台辅助变流器，分别在两头车TC01、TC08车设TKD523B型辅助变流器-A型，在TP03、TP06车设TKD524B型辅助变流器-B型。B型箱体上设置外部电源插座，并设有耦合接触器，负责将两个牵引单元的中压进行连接贯通。辅助供电系统中辅助变流器都通过供电母线向整列动车组输出同相位 3AC380V/50Hz电源，每台辅助变流器的输出功率为200kVA，全列车共800kVA。

辅助供电中压系统通过输出母线并网供电的方式为用电设备包括空气压缩机、冷却通风机、油泵/水泵电机、空气调节系统、采暧设备、充电机、厨房设备、饮水机等提供3AC380V/50Hz电源。

2.2辅助变流器冗余设计及减载功能

正常情况下，所有的辅助变流器采用母线并联供电方式，同时向母线输出同相位3AC 380V/50Hz电源，实现并网供电。整列车供电母线分为3段贯穿整列车，当某段供电母线发生故障，可以打开位于中间车辅助变流器箱中的接触器，以此隔离故障区间的供电。

根据负载统计情况，冬季模式辅助系统最大功率需求约576kW，夏季模式最大功率需求约520kW。当一个辅助变流器单元或牵引变流器四象限整流单元故障时，辅助系统可输出600kVA，车载交流供电网络由其余3台辅助变流器单元继续供电，系统不必减载，确保每个区间的供电母线都能提供最大载荷，当两台辅助变流器或牵引变流器故障时，只减与旅客舒适度相关的负载，如空调、部分采暖、部分电茶炉等，其余系统正常供电，此时供电管理系统对电流进行检测，确保冗余可用的情况下最大限度的输出电能，当电流过载时，才减少空调系统一半的输出。

2.3辅助系统外部供电功能

复兴号动车组在03和06车辅助变流器内部设有外部供电插座-X20，当动车组高压设备接地或列车停止时，原来由3AC380V总线供电的设备可以继续工作。当使用地面三相AC380V/50Hz电源为列车总线供电时，全列只允许使用一台外部电源，需将05车母线钥匙从“380V 开”位置经“关”打到“外接供电”位，当CCU发出了工作模式“外部电源”指令，并且车辆没有接地故障，“外部电源”的输入电压在有效范围内，外部电源接通，通过一个箱体内置的相输入接触器Q34实现辅助变流器的连接，动车组的外接电源插座与受电弓设连锁机构，当外部电源插头供电时，受电弓不能升弓。

3  辅助低压供电系统

辅助供电低压系统电源由三相 AC380V/50Hz 供电母线提供，在TC01、TC08车分别配置了两台充电机和两组蓄电池组，充电机通过三相交流电母线获得供电，经整流变换后为蓄电池充电，同时为与DC110V系统相连的负载供电，DC110V母线贯穿整列动车组，控制的3个回路分别为BN1、BN2和BD。

4  充电机系统

复兴号动车组在两头车安装设置了2×2台充电机，充电机内部使用两个完全独立的30kW功率模块并联输出，全列车为120kW，不仅实现了对两组蓄电池的单独充电，也提高了充电机的可靠性。充电机由两个功率模块PM1、PM2组成，每个BC变换电路包含：预充电电路、PM功率模块、变压器、整流电路输出滤波电路。每个功率模块额定输出30kW，充电机对外额定输出60kW，充电机两个功率模块按照一定的特性曲线，为车下蓄电池充电。同时DC110V低压负载输出线并联输出，供动车组上的设备使用。三相不可控整流电路实现输入交流到中间直流的整流，DC-DC直流变换电实现中间直流到输出脉动直流的转换，输出滤波电路则将脉动直流变换为稳定的直流电供给车辆负载和蓄电池。

充电机的主要功能：恒定电流为蓄电池充电直至充电完成，然后按照电池组研究进行恒定电压充电；向与其并联的低压负载供电，保证不超过最大负载能力，并保证中压和低压电路之间的电气隔离。

5  蓄电池系统

5.1 蓄电池结构组成

复兴号动车组蓄电池分布在两头车车下，采用钛酸锂蓄电池系统由电池组、电池管理系统以及电池保护接触器等组成。与镍镉蓄电池组相比，锂离子电池系统增加了电池管理系统（BMS）、极限保护接触器以及RS485通讯总线，主要实现对电池组的数据监控以及严重过充过放电条件下的保护，在保证系统供电的同时确保电池的安全使用。

5.2 蓄电池管理和保护系统

110V钛酸锂电池组的电池管理系统（BMS）采用一体化设计，负责对各单体电池的电压信息及电池温度进行采集，电池管理系统通过RS485总线与车载充电机进行数字交换和充电控制，并对其数据进行诊断和处理，通过控制主回路的接触器的方式保护电池组，防止其过充、过放和过温，延缓其使用寿命。

6  结语

未来动车组辅助供电系统的发展趋势必然是利用新能源、新材料、新技术，以此做到节能环保轻量化的设计概念，在智能安全防护诊断的前提下，最大程度提供舒适的乘车体验，建立一套方便系统化和智能网络化的标准供电体系，具备不间断的供电和诊断功能，实现车辆间的互联互通扩展供电技术。

参考文献

[1] 何洲红，钱卿，王金花.动车组辅助供电系统[M].西安交通大学出版社，2019，05（5）：16.

于海波：第一作者，高级工程师