摘要：高速动车组在停放时一般使用车载蓄电池作为车内照明等应急负载电源，实际运用过程中，动车组经常由于各种不可控因素造成车载蓄电池亏电无法启动，通常使用更换部分车载蓄电池或用地面电源充电的方式启动动车组，这种方法不但费时费力，而且在没有地面电源或备用蓄电池的情况下，动车组将无法启动，因此，有必要根据动车组的启动原理、启动电路的设计、启动方法和便携式启动电源，提高高速动车组应急蓄电池亏电问题的应急处理水平，保障高速动车组运行秩序和安全。
关键词：动车组；蓄电池亏电；应急启动；方法
2018年1月18日，满载着旅客的G7034次“复兴号”动车组从上海站缓缓驶出，开往终点站南京南站，担当此次列车运营任务的动车组是由中车唐山机车车辆有限公司研制的CR400BF型3002号动车组。与“和谐号”动车组相比，“复兴号”动车组舒适性更高，运行更平稳，运行速度更快，运行速度可达350km/h，速度的提高对列车运行的安全性、稳定性也提出了更高的要求。动车组直流供电系统负责给列车网络控制系统、牵引制动控制系统、旅客服务系统提供直流电源，作为核心部件，蓄电池工作的稳定性决定了动车组能否安全、可靠的运行。
1蓄电池组成
标准动车组由4辆拖车（T）和4辆动车（M）编组组成，为2个对称的牵引单元。动车组采用AC27.5kV高压供电，受电弓从接触网受流，经主断路器、主变压器、牵引变流器、辅助变流器后输出AC380V电压为充电机等交流负载供电。充电机启动后，输出DC110V直流电为蓄电池充电并给动车组直流负载供电。动车组高压断开后，蓄电池持续输出DC110V直流电给CCU、BCU等直流负载供电。
动车组两个头车上分别安装一组充电机和蓄电池箱，每个蓄电池箱内包含两组蓄电池组，共400Ah，动车组无高压供电情况下，蓄电池容量满足为动车组应急负载持续供电120min以上。蓄电池组由450只单体钛酸锂电池构成，单体电池标称电压2.3V，蓄电池组额定输出电压为103.5V。
2蓄电池亏电原因
标准动车组出厂交付用户前从列车编组开始进行列车调试，主要经过110V低压试验、25kV高压试验、列车动态试验、故障查找、车辆整备停放这几个阶段。对以上各个阶段调试工作梳理后发现，标准动车组调试过程中容易发生亏电现象的时段及原因如下。
2.1编组后到高压供电前
动车组编组后接通蓄电池供电到接通高压供电试验，试验周期2~3天，而蓄电池系统设计容量仅要求能保证给列车应急负载供电2h以上，在此期间如果没有外接电源给蓄电池充电，动车组调试过程中蓄电池电压将快速下降，一段时间后蓄电池将发生亏电现象。
2.2无高压、无外接供电状态
动车组调试期间进行故障处理，经常需要将主断断开、受电弓降下，由蓄电池持续为动车组的直流负载供电。此时如果未及时给动车组进行外接供电或恢复高压供电，蓄电池电压将不断下降。随着故障处理时间的累积，蓄电池将发生亏电现象。
2.3动车组长时间停放
由于动车组调试厂房台位限制，整备完成的动车组出厂前可能需要断电临时停放在厂房外面。停放过程中，由于蓄电池插头未断开，蓄电池持续地给BD母线上CCU、BCU等应急负载设备供电，动车组长时间停放后蓄电池将发生亏电现象。
通过对容易发生蓄电池亏电时段的分析研究，总结出动车组发生蓄电池亏电现象的主要原因在于蓄电池长时间处于放电状态，车辆未及时进行高压供电或者外接供电对蓄电池进行充电。
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3预防及应急启动措施
3.1动车组便携式应急启动设备设计选型
电压参数：以动车组辅助电源直流输出为100V举例选型，辅助电源直流输出为100V时电池充满电后电压应在94V左右，为防止应急负载向车辆充电（车辆与应急负责之间增加了逆流二极管因此车辆不会向应急负载充电），动车组便携式应急启动设备输出电压最大不能超过100V，考虑设备工作电压10%的波动范围，动车组便携式应急启动设备输出电压最小不能低于90V，因此便携式应急启动设备的输出电压应为90V-100V之间。电流参数：根据动车组便携式应急启动设备容量分析，便携式应急启动设备电流参数电流应满足辅助空气压缩机的工作要求，因此便携式应急启动设备额定电流输出应为20A左右，最大工作电流应大于60A。容量参数：辅助工期压缩机打风时间约8分钟，整个启动过程约12分钟，考虑到设计余量，动车组便携式应急启动设备容量为10Ah可满足动车组应急启动要求。轻量化便携式要求：便携式应急启动设备应该便于携带，应体积小、重量轻，1个成年人应该能随身携带，并且应便于在动车组上存放。设计选型：通常作用电源的铅酸蓄电池和碱性蓄电池肯定不能满足上述要求，通过市场调研，达到上述容量的锂电重量在10Kg左右，组合后的尺寸应在250mmX180mmX180mm左右，可满足要求。
3.2预防措施
为了减少蓄电池亏电现象的发生，标准动车组设计了蓄电池保护电路。一旦发生蓄电池电压低、容量低的情况，列车将自动切断蓄电池给BN母线负载的供电。蓄电池保护电路以列车速度、方向开关位置、蓄电池状态为条件设计而成，蓄电池BN母线供电自动断开条件如下：
（1）动车组处于静止状态（速度小于5km/h时，继电器=28-K61得电，常开触点闭合）；
（2）动车组方向开关处于“0”位（向前、向后继电器=22-K92/K93断电，常闭触点接通）；
（3）蓄电池电压U<88V（继电器=32-K23得电，常开触点闭合）或者容量低于30%（继电器=32-K25得电，常开触点闭合）。
只有同时满足以上3个条件时，控制蓄电池断开的“0V”和“OFF”线路才会接通，此时充电机内部继电器Q1、Q2线圈失电，其常开触点断开，将蓄电池给BN母线负载供电的线路断开。
除了动车组蓄电池保护电路外，另一个预防蓄电池亏电现象发生的有效措施就是无高压供电状态下给列车进行外接供电。需要使用列车DC110V外接电源适配器将厂房内的直流110V电源接到蓄电池的应急充电口或直接连接到直流母线上给车辆直流负载供电。
3.3应急启动方法
动车组直流负载供电设计符合EN50155标准中的规定，直流元件供电电压范围应在77~137.5V之间。一旦作业人员疏忽，动车组蓄电池电压降到77V以下，直流控制元件将无法工作，进而影响动车组的正常功能，此时需要研究应急方法来给蓄电池充电。
标准动车组3、6车安装有带外接交流380V电源接口的辅助变流器，同时设置有应急启动按钮A22。当蓄电池电压低于77V时，将动车组外接钥匙打到外部供电位并拔出，使用外接钥匙打开3、6车辅助变流器上的外接电源接口，将列车外接交流380V电源适配器与外接接口进行连接，电源适配器另一端与地面交流380V电源连接。外接电源适配器安装完成后，接通地面电源，手动按下应急启动按钮A22，列车外接电源完成对列车交流母线的供电。标准动车组上的充电机具备“零压启动”功能，充电机没有直流控制电源的情况下，只要输入交流380V电源正常供电，充电机将启动并输出直流110V电源为蓄电池充电。蓄电池按照充电曲线充电完成后，断开外接380V供电，恢复外接钥匙至开位，列车就可以按照正常的操作流程进行工作。
结论
本文以标准动车组为例，介绍了动车组蓄电池的组成，梳理了动车组调试生产过程中容易发生蓄电池亏电的工序，分析了造成亏电现象的原因，研究了蓄电池低电压保护电路，总结了蓄电池亏电的预防措施以及应急启动方法。
参考文献：
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[2]曹瑞，李永妮，杨荣峰.高速动车组蓄电池亏电应急启动电路和设备设计[J].电子世界，2013（14）：125.
论文作者:高龙
论文发表刊物:《电力设备》2018年第28期
论文发表时间:2019/3/6
标签：车组论文; 蓄电池论文; 外接论文; 电压论文; 负载论文; 列车论文; 电源论文; 《电力设备》2018年第28期论文;