浅论动车的供电系统是否稳定及其原理

浅论动车的供电系统是否稳定及其原理

王晓婷李吉夏宏程石子铜吴永生

中车唐山机车车辆有限公司河北省唐山市063000

摘要：随着我国的高速路技术的迅速发展，动车成我们日常出行的重要交通工具。而动车的供电系统作为动车的重要组成部分，动车组供电系统是列车运行中不可以缺少的一部分，而动车的辅助供电系统采用干线供电的方式让电源贯穿全车。

本文主要与CRH2型动车组辅助供电系统进行论述，其工作原理以及稳定性。

关键词：辅助供电系统；辅助供电装置；蓄电池

前言：

为了保证动车组能够进行长时间的正常运行，列车需要有一定的稳定性和高效率的辅助系统为多个辅助设备提供电源。主要为动车的控制、冷却风机、照明、冷却风机、广播等设备提供交流或者直接电流电源。辅助供电系统是列车能否安全正常行驶的重要保障，同时还关系到旅客们乘坐舒适性。因此辅助供电系统拥有非常重要的应用价值。

一、动车组电气系统的组成部分

动车组电气系统的基本组成部分，主要分为两个部分：辅助供电系统和负载设备。而辅助供电系统主要是指除了为牵引动力系统以外的为所有需要用电的设备提供电能的系统，这也包括了辅助供电系统。

辅助供电系统的电力主要是由铁路轨道上悬挂的牵引供电电网其学名也叫接触网，其牵引供电网主要是采用25kv、50赫兹的单相交流电。动车组通过车顶上方的受电弓将电流传递到动车组牵引系统，在通过列车上的变流器将牵引供电网传递的单相交流电转变成合适的电压为动车组和辅助供电系统提供动力已经供电。接触网的供电方式一共有三种：单边供电、双边供电、越区供电；

单边供电和双边供电都是正常的供电方式。单边供电：是供电线只从一端的变电所获得电流的供电方式：而双边供电方式：是供电线从两端相邻的变电所获得的供电方式。越区供电则是一种非正常的供电方式，同时也被称为事故供电方式，因为种越区供电方式只有在某一牵引电所出现故障而导致不能继续供电的时候，经开关设备成分享相邻的供电线接通，由相邻的牵引变电所临时供电。

动车组上的负载设备有：冷却搭风机、牵引电机风机、主变流器冷却用水泵以及充电机、空调机和各种电动阀门，车厢内的照明设备等。辅助供电系统还为列车提供不间断的电源。

二、动车辅助供电系统概述

辅助供电系统一般都是采用干线供电方式，为动车组上除了牵引动力系统以外所有用电设备提供电源。

动车是轨道交通系统中装有动力装置的车辆，有机车和动力车厢两大类。而动车装有驱动车轮相对应的没有装配的无驱动装置车辆就是拖车。为了能让列车在轨道上正常运行，就需要动车为整列的火车提供足够的牵引里。动力车和拖车的辅助供电系统是相互独立的，动力车和拖车拥有的辅助电机和电器供电都是分开的。每个拖车的辅助供电源都是用动力车提供的，单向的交流电源进经交-直-交式变流成后产生的三相交流电，辅助电气设备、空调机及照明供电。而拖车的交流电源也是动力车上的整流装置提供的电源经过各自的辅助逆变器向辅助设备供电。

三、动车组的辅助供电系统的构造及工作原理

辅助供电系统的结构需要根据负载的电源规模来决定的，动车的辅助供电系统大多数都是由蓄电池、辅助变流器和充电机组成的。

动车上的辅助供电系统采用干线供电的方式，为动车组上牵引动力系统以外的用电设备供电。辅助变流器的组成有输入滤波器、斩波器、逆变器、输出滤波器以及控制单元。辅助变流器和牵引变流器安装在一个机箱中。动车辅助供电系统的蓄电池和充电机对此提供不断停的应急电源。

CRH2型动车由八辆车组成，分别为四辆动力车四辆拖车，而辅助电源装置分别在动车组的一号、八号车设置一套辅助电源装置为列车上的辅助设备提供电源。在二、四、六号车上分别设有一个蓄电池箱，四号车和六号车连接受电弓

牵引变压器：CRH2动车组的辅助供电系统就是由牵引变压器进行三次辅助绕组提供电源的，为了能让各电源系统能够贯彻全列车，我们选择采用干线供电方式，再通过和牵引变压器3次组绕的定额工作电压和电流连接辅助供电系统换气装置、空调装置已经ATP主控电源。而辅助电源装置作为电源需要向非稳定单向交流电100V、稳定单向交流电100V、稳定单向甲流电220V、稳定三相交流电400V、稳定DC100V等五个系统提供电源。

四、动车辅助供电系统的结构与功能

辅助供电系统的定义：辅助供电系统作为动车牵引动力系统以外的用电设备供电，是动车组技术非常重要的组成部分。无论是国内还是国外各个型号的动车组都有所不同各有各的特点。动车组的辅助供电系统结构还需要根据动车组所需要的电源规模来制定。负载供电系统的组成部分有变流器、蓄电池、充电机等。

动车组辅助供电系统由辅助用电设备、辅助电源系统、辅助电源分配系统组成。

辅助电源系统则是供电设备和电源转换设备组成；动车组的辅助供电系统组成部分有辅助变流器、蓄电池、充电机等。辅助变流器的组成部分有输入滤波器、斩波器、逆变器、输出滤波器以及控制单元。

输入滤波器的全称叫做“变频器输入端专用型滤波器”。输入滤波器基本上都是安装在电源和变频器输入电源线之间的。输入滤波器的主要作用就是用来抑制变频器工作时产生的传导干扰和辐射干扰，在电磁环境要求比较的场合就会使用输入滤波器来控制，在变频器工作输入端对其他设备和电网产生的干扰。

直流斩波器就是利用期功率组件对固定的电压的电源进行适当的切割而达成改变负载端电压改变的目的。

逆变器由逆变桥、控制逻辑及滤波电路组成。主要是把直流电转变为交流电。逆变器一般应用在空调、电动工具、照明等方面。

输出滤波器的全称叫做“变频器专用型输出滤波器”，而输出滤波器则是安装在变频器的电力输出线和电机之间的与输入滤波器有所不同。输出滤波器能有效滤除变频器输出电流的高次谐波，从而减小因为高频谐波引起的附加转矩。降低电机在运行过程中的噪音和温升。输出滤波器还能抑制变频器输出侧的浪涌电压，从而保护电机。

电池则是将化学能转变为电能的一种工具。在日常使用的化学电源还分有原电池和蓄电池两类。如手电筒、遥控器所使用的电池就属于原电池。原电池则是使用化学转换方法转变为电能的一种不可逆的电池，当电池中的电能也就是通过化学变化的有效物质使用完后，电池的寿命就结束了无法进行再次使用所以也被称为一次电池。而蓄电池是可以存储起来的，在整个使用过程中，蓄电池把化学能转变为电能再放出来这种变换的过程是可逆的。在蓄电池内的电已经使用或者使用部分电过后，可以用适当的反向电流通入蓄电池中把两电极表面已经形成新的化合物再还原成原来的有效物质，有可以供下次使用。这种反向电流输入蓄电池做我们叫做充电，电池给电流处电路使用叫做放电。

动车组中蓄电池所使用的充电模块bcm的作用就是，把三相交流电压转变为直流电压向蓄电池充电，并且还为直流母线提供电能，为别的直流负载供电。充电模块是一体化的，冷却系统除外，有着三个主要的子系统分别为一个三相桥式输入整流器、一个igbt逆变器和一个输出整理器。

五、辅助供电系统的可靠性

在CRH2系列动车组中的辅助供电系统，装有两个辅助变流器，一个辅助变流器支持一个单元的负载供电，这样主要是为了在发生故障时，一个辅助变流器出现故障无法使用的时候由另外一个变流器支持全车的负载进行供电，因此动车组上的逆变器的容量是非常大的。

CRH2型的高速动车组的辅助供电系统有六中供电制分别为：单相不稳定交流电源400V、电相不稳定交流电源100V、稳定单相交流电源100V、三相稳定交流电源400V、稳定单相交流电源220V、稳定的直交流电源100V。其中不稳定电源供电的去电方式简单，但还是存在这过分相时受电弓降弓断电、风机等电机负载寿命等缺陷。为了解决不稳供电，避免较大的电压波动会对压缩机、风机等电机负载的影响，可以将供电制简化为三种：三相稳定工频交流供电400V、稳定直流供电110V以及单相稳定工频交流供电220V。

结语:本文对动车组的辅助供电系统的构造、功能和工作原理进行详尽的分析。CRH2型动车辅助供系统的大部分装置已经成功实现了技术转让蓄电池、辅助及控制用电设备等。

参考文献：

[1]刘建强,郭怀龙,杜会谦,etal.CRH2动车组辅助供电系统可靠性研究[J].铁道学报,2015(11):44-51.

[2]陈宇生,汪伟.CRH_2型动车组牵引系统运行安全性初探[J].铁道机车车辆,2007,27(2):7-10.