摘要：本文分析了CRH380A型高速动车组的供电系统结构，组成和电压工作原理，工作技术等各种相关技术参数进行了详细分析，并提出了系统冗余性和扩展供电实施方案。
关键词：CRH380A型高速动车组；辅助供电系统；扩展供电；供电设备
高速动车组的供电系统较为复杂，辅助供电系统更是复杂，但是辅助供电系统又是整个高铁动车组中极为重要的组成部分，它决定着动车组是否能够连续不断的长时间安全运行，因此，辅助供电系统的可靠性安全性以及冗余性就显得尤为重要。本文分析了CRH380A型高速动车组辅助供电系统中的技术结构，工作原理和电压制式。对高速动车组辅助供电系统中的扩展供电、应急供电等冗余设计以及故障扩展市如何更好地实现供电提出了相关的意见和方法。
1 辅助供电系统结构及电压制式
CRH380A型动车组辅助供电系统由以下几部分构成：牵引变压器辅助绕组，电源辅助装置APU，整流辅助装置ARF,扩展供电接触器BKK等。具体可见图1。
高速动车组辅助供电系统的电压输出制式及流程是这样的：
（1）电网会释放一个25KV的高压电并传达给受电弓，然后受电弓所接受的电压会通过牵引变压器辅助绕组发生改变，降压并且转化成为一个AC400V（-31%~+24%）的单向电压，这个电压就是给高速列车的空调，换气和辅助电源等电力装置提供电源的。
（2）APU辅助电源装置会将经过牵引变压器辅助绕组降压的单相AC400V进行再一次转化：
a.实现APU对于单相 AC 400 V 电压转换是通过其内部变压器来实现的，经过这样变压处理之后，AC 400 V会转化成为非稳压 AC 100 V（-41%~+26%），该电压是用来给车辆加热器提供电源的。
b.APU,APU3是辅助电源装置中的一部分，它的电压波动范围一般是在正负百分之十左右，在经历了整流和逆变之后，会把来自于牵引变压器辅助绕组的单相AC 400 V 转换成为50 Hz三相 AC 400 V 电源。在高速动车组中，用来为主变流器等设备的通风机以及辅助整流装置提供电源的主要是1号车厢和8号车厢下的APU所输出的AC 400 V 三相电，而在5号车车下的APU3则仅仅是给四号车和五号车的主变流器等设备的通风机提供三相AC 400V电源。
APU和APU3虽然都能够为辅助整流装置提供电源，但是他们两者还是存在明显区别的，APU较APU3而言，多了一个辅助变压器（ATr），而且还多了一个但愿辅助供电系统的ARF辅助整流器。
（3）AFR的安装位置是在一号车和八号车的车厢下，主要是用来转化APU输出的三相AC400V电压。
2 辅助电源装置设备构成及工作原理
2.1 设备构成
（1）APU设备构成
APU设备的组成包含以下部件：TR1输入型变压器、ACFC输入滤波型电容器、AC/DC型整流器、DC/AC型逆变器，ACL1输入滤波型电抗器、ACC输出滤波型电容器，ATr辅助变压器以及另一种输出滤波电抗器ACL2。
（2）APU3 设备构成
APU3 的组成包括：K2、R1、K1三种充电电路，（T1）单相输入变压器，单相输入脉冲整流器、三相输出逆变器、正弦波滤波器（FLT1）、输出接触器（K4）和转换接触器（BKK2）
（3）ARF 设备构成
辅助整流器 ARF 由整流器用变压器（TR2）、辅助整流器（Rf）、2 个辅助变压器（TR3、TR4）等构成。
2.2 工作原理
（1）APU/APU3 工作原理
牵引变压器在经过辅助绕组之后输出AC40050HZ的单相电源，然后通过单相桥式 IGBT 脉冲整流器加三相桥式 IGBT 逆变器将它转化成为AC 400 V 三相 50 Hz 的定压电源，再向所在单元内的用电设备供电。
（2）ARF 工作原理
APU 输出的 AC 400 V 三相 50 Hz电源在经过变压器 TR2变压之后，通过三相全波整流电路的辅助整流器整流输出 DC 100 V 电源，然后，ARF 通过（TR3、TR4）实现AC 400 V 三相 50 Hz电源向AC 100 V 50 Hz、AC 220 V 50 Hz 定压电源的改变。
3 APU和APU3的主要技术参数
APU的额定输出电压是AC400V单相电压，输入压波动范围在负百分之三十一到百分之二十四之间，额定输出容量是一百二十三KVS，输出频率是50HZ,电压谐波含量是小于百分之五的，效率大于百分之九十，冷却方式采用的是强迫风冷，APU3的额定输出电压和输入压波动范围是跟APU一致的，额定输出频率，输出电压谐波含量，效率和冷却方式同样也都是一致的，唯一有区别的是它的输出额定容量只有70KVA。
4 系统冗余性和扩展供电实施方案
4.1 系统冗余性
为了让辅助供电系统的可用性得到进一步提升，实现简化供电系统结构的简化，同时又能够节约成本，确保车辆辅助供电冗余性，因此，高速动车组的每个单元都有配备一套堵住的供电系统，在本单元的辅助供电系统出现问题的时候，不同的供电单元之间电路可以相互扩展，降低了冗余辅助供电系统的配备成本。
4.2 扩展供电实现方法
在某一个辅助电源装置发生问题时，辅助扩展供电开始启动，这样动车组其他供电单元的辅助电源会自动启动，给故障单元用电设备提供电源。辅助扩展电源主要是为了在某个单元发生故障的时候，使用其他单元的辅助电源来向故障单元供电，主要工作原理如下：
（1）BKK 投入指令
头车上的任意一个APU无法工作的时候，APU 内部逻辑单元就会输出 BKK 投入信号，这时候 MGFR1（1 号车 APU 故障时）或MGFR2（8 号车 APU 故障时）会在车辆逻辑单元控制下消磁，这样MGFR1 或MGFR2 的常闭接点就会被关闭。主控制室投入BKK指令，经网络传输之后BKK 投入指令会到达终端装置，由终端装置对 4 车的 BKK 投入继电器 (BKKR) 励磁，BKKR 的常开触点处于关闭状态，BKK 被投入。
（2）BKK2 投入指令
5号车的APU3出现问题的时候，输出质量会对BKK2进行控制，这时候BKK2的常触点就会停止供电连接闭合，这时候，主控制室会输入BKK2的控制指令，输入指令在传达到5号车APU3时候，BKK2R就会重新开启，如果，两个车头的APU正常工作，也就是说MGFR1和MGFR2没有消磁，那么MGFR1和MGFR2的常开触点就会闭合，BKK2触点也是闭合的，这样就可以保证APU3所在的单元电力设备能够正常运行。
5 结语
CRH380A 型高速动车组供电系统的稳定性较好，可靠性也较强，能够很好的满足辅助设备的用电需求，确保列车安全运行。简单可靠的冗余设计、主辅分离以及扩展供电设计降低了成本，提升了列车安全的可靠性，是值得学习和研究的。
参考文献
[1]韩帅. CRH380A型动车组辅助供电系统概论[J]. 科技创新导报, 2013(3):107-107.
[2]潘辉. 关于高速动车组辅助供电系统应用及故障处理的概论[J]. 中国战略新兴产业, 2018, No.156(24):92.
论文作者:李宝亮
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年第18期
论文发表时间:2019/11/7
标签：供电系统论文; 车组论文; 电源论文; 电压论文; 变压器论文; 单相论文; 冗余论文; 《工程管理前沿》2019年第18期论文;