中国铁路北京局集团有限公司 客车管理科
内容摘要：AC380V供电制式客车采用发电车集中供电。发电车存在安全隐患大、维护成本高、环境污染等缺陷，通过对机车和客车进行改造，加装不间断供电装置，可以实现电力机车直供电方式，有效解决发电车供电存在的不足。
关键字：客车 直供电 电源装置 充电逆变器 电气系统
一、改造背景
AC380V集中供电制式是中国铁路普速客车主要供电模式之一，在列车编组中，由发电车的柴油机组驱动发电机，为客车提供三相AC380V电源。截止2018年底，中国铁路总公司普速客车保有量47429辆，其中AC380V集中供电制式客车18153辆，占客车总数的38.3%。
2006年起，由电网供电的DC600V机车直供电客车开始大规模装备。AC380V发电车的集中供电模式相对于电网机车的直供电存在以下缺点：
（1）火灾隐患较大。客车发电车使用柴油作为燃料，存在较高的火灾隐患，而且一旦失火，火势难以控制，所以发电车历来是各铁路局重点防火部位。近年来，随着发电车火灾报警系统、巡检装置等新装备陆续投入使用，针对发电车的管理也日趋完善。但即使在这种形势下，自2005年以来，全路仍发生2起发电车火灾事故，造成较大影响。
（2）使用维护成本较高。以发电车的康明斯KTA19型柴油机为例，柴油机检修周期为D级修（中修）：4500±500h；E级修（大修）：13500±1000h。根据北京车辆段统计，每辆发电车平均每2年实施一次D级修，检修费用约25万元；6年一次E级修，检修费用约40万元，此外日常保养维护费用约10万元/年，消耗柴油146吨/年（7100元/吨，2019年1月价格），折合人民币103.7万元，也就是说在一个大修（E级修）期内，一辆发电车使用维护费用在平均每年128.7万元。
注：每个周期费用=（D级25+ D级25+ E级40+10*6万+103.7*6）=772万元，772/6=128.7万元
（3）存在环境污染问题。柴油机在工作中会产生废气，其主要成分氮氧化合物（NOX）、一氧化硫（SO）二氧化硫（SO2）、碳烟颗粒物质等，对人体有较大危害。
（4）需专人维护。采用发电车供电的旅客列车与直供电旅客列车相比，除了司机和车辆乘务员外，还需额外增加2-3名发电车乘务员，专门负责发电车柴油发电装置的检查和应急处置工作，占用了相当的人力资源。
二、解决方案
为有效弥补柴油发电车的相应缺点，可考虑利用机车直供电方式，对客车进行三相AC380V供电。目前我国铁路机车直供电有两种形式，一种是以东风11G型机车为代表的内燃机车，其供电仍采用燃油驱动发电机；另一种是韶山（SSX）、和谐（HXD）系列电力机车，以电网提供的25KV电源经变压后输出600V直流电源。前者仍无法避免内燃机产生的隐患高、污染大、高消耗等问题，与发电车同理；后者避免了内燃机的一系列弊端，只因供电制式为直流无法适应AC380V供电客车，如对直供电机车进行适应性改造能满足客车需求，但同时客车也应相应进行有针对的AC380V直供电改造。机车改造需加装电源变换装置，将DC600V的输出电源变为AC380V电源，此文不对机车改造方案进行探讨。
三、AC380V供电制式客车直供电改造方案
客车AC380V直供电需解决的关键问题就是适应直供电机车在通过电网分相区时，电力供应中断，此时客车部分重要电气设备不应失去电力供应，保障列车正常运行。直供机车在通过分相区后，恢复供电，此时客车停电的电气设备须具备自动恢复供电能力，确保所有电气设备正常使用。
因此，改造的核心是每辆客车增加一套不间断供电设备，在列车通过分相区断电时，确保部分重要负载及电气控制线路得到不间断电源。在通过分相区恢复供电后，全部电气设备能够自动恢复供电。
在具体实施上，通过增加蓄电池容量，对客车照明及重要控制电路不间断供电，实现列车重新供电后相应接触器主触点自动闭合，为蓄电池充电并恢复全部设备供电。本文以统型AC380V客车为例，介绍不间断供电改造方案。
（一）车体电气设备改造
1、增加充电逆变器（不间断电源装置），该装置包括2×4kW充电器和2×3.5kVA单相逆变器。当由机车提供AC380V交流电时，该装置可输出DC48V电源，为车载蓄电池充电；当机车进入接触网分相区无法供电时，该装置可将车载蓄电池的DC48V电源变换成AC220V电，为车上照明及重要控制电路提供不间断电源。
2、取消车下60Ah的DC48V蓄电池组，加装大容量的DC48V蓄电池组。
3、根据改造方案增设线缆以及针对性的实施车体钢结构改造。
（二）车上电气系统电路改造
1、综合控制柜内新增断路器作为充电逆变装置的输入主控制电源开关。自I、II路主回路接触器接入U、V、W电源，同时增加充电机、单相逆变器正常和故障继电器。该装置作为蓄电池的充电器，并输出单项AC220V交流电进行不间断供电。
2、供电控制电源改造。充电逆变器输出的AC220V交流电作为供电控制电源，当AC380V母线无电时，维持主回路接触器的吸合状态。
3、空调系统控制电源改造。空调控制系统供电改由单相逆变器供电。
4、交流负载控制电路改造。照明控制、集便控制以及交流照明灯工作电源由综合控制柜供电改为由单项逆变器供电，增加供电接触器。
5、交流负载保护电路改造。为防止机车逆变软起动造成配件出现欠压保护及不能正常启动，需在供电主回路增加接触器用于启动电压正常后，闭合主电路，欠压时切断开水炉、温水箱、插座等电源。
6、蓄电池供电控制。在直流回路增加电池电压检测传感器，用于检测蓄电池电压；增加直流负载控制接触器，用于负载分级控制。
四、结语
AC380V供电制式客车直供电改造，是既有AC380V交流集中供电客车供电模式由消耗化石能源向电能的转变，符合当今“绿色、环保、节能”要求，而且是在现有客车电气系统下，利用成熟技术实施的改造。各铁路客车配属单位可结合客车定期检修实施，改造后的客车车辆即可在非电气化区段使用，也可在全路电气化路网运行使用。
论文作者:张国林
论文发表刊物:《科技新时代》2019年5期
论文发表时间:2019/7/25
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