中车唐山机车车辆有限公司 河北唐山 064000
摘要：
文章主要阐述了中国高速动车组辅助供电系统的功能，从供电方式上对各种车型的动车组较和分析，为新型动车组辅助供电系统的选择和设计提供了参考价值。
关键词：高速动车；辅助供电系统；
1.前言
高速铁路作为当代高新技术的集成，具有运能大、能耗低、污染小、安全舒适等比较优势，是交通运输体系中最具可持续性和环境友好性的运输模式，是国家科学技术和制造产业创新能力、综合国力以及国家现代化程度的集中体现和重要标志之一。从引进国外技术标准的“和谐号”系列动车组，到中国标准体系占主导地位的“复兴号”，中国的高速铁路实现了快速发展。目前我国运行的高速动车组列车主要有两个系列产品：“和谐号”和“复兴号”。“和谐号”主要有四种车型，他们分别是CRH1、CRH2、CRH3和CRH5型，基本为国外引进技术。“复兴号”即中国标准动车组，是中国新一代动车组产品，具有完全自主知识产权，水平优于CRH系列动车组。“复兴号”主要有两种车型：CR400AF和CR400BF。
辅助供电系统是高速动车组的重要组成部分。为列车除牵引电机以外的所有用电设备供电，包括空调系统、照明、旅客信息系统等。辅助供电系统主要包括两部分：交流供电系统和直流供电系统。动车组的类型不同，其辅助供电系统也天差地别，本文比较分析了各种类型的动车组辅助供电系统的特点。
2.各类型动车组辅助供电系统分析
我国动车组车型较多，但是对于其辅助供电系统来说，主要有两种主要的变流形式：“交-直-交”和“直-交”，其相关信息主要如下表1所示：
表1 各类型动车组辅助供电系统系统变流方式表
2.1 交-直-交供电模式
目前只有CRH2型的动车组采用了交-直-交供电模式，其辅助供电系统主要是使用了冗余设计。两台辅助变流器同时运行，相互隔离。当一台变流器运行过程中出现故障时，交流母线就会闭合，使用另外一台变流器向全列供电。但是一台辅助变流器功率输出不能满足所有供电负载。因此在主变压器上设置了辅助绕组。通过这样的设计降低了辅助变流器的额定功率，减少了动车运行成本。但是在一定程度上也增加了主变压器的体积和重量，这样就大大的增加了动车整体的重量，这对整车重量要求非常高的高速动车来讲是不利的。而且由于在这种设计过程中牵引变压器需要进行辅助绕组和二次绕组的耦合问题，这样就影响和阻碍了辅助绕组的输出电压，影响动车辅助供电系统的运行。
2.12采用直-交供电模式分析。
除CRH2型动车组以外的动车组均采用直-交供电CRH1型的动车模式，其辅助供电系统主要是使用了多逆变器设计，直接将其并联到三相交流母线上，通过这样的方式设计出的辅助供电系统，使得接触器切换的方案更加的优化。
而且与其他类型动车辅助供电系统进行比较研究就会发现，各车型在辅助供电系统总负载功率相同的情况下，CRH1型动车采用了多辅助逆变器并联技术，使用同步的三相交流母线的设计，的辅助供电系统的逆变器设计容量更小，但但是多个辅助变流器并联设计，是我们对其进行研究也会发现，其在运行过程中也存在着较多的问题，例如逆变器之间的环流、与交流母线之间出现的并网问题等，都需要我们解决其存在的问题，这样才能够时期辅助供电系统发挥应有够作用。
CRH3型动车组采用了四辅助变流器设计，整体设计思路与CRH1型动车组类似，主要区别在于为车内照明、插座等与乘客舒适性相关的设备供电时，采用了每节车单独的逆变器将直流蓄电池总线上的110V直流逆变为交流220V提供。
对于CRH5动车辅助供电系统来说，其主要是经过直-直变换后再进行直-交变换，通过这样的方式就可以大大的降低逆变器开关管的应力，而且由于在这个过程中，直-直变换所用的高频变压器体积小，因此我们就可以大大的节省直-交变流器的体积和重量。
中国标准动车组辅助供电系统配置与CRH3型动车组类似：四台辅助变流器、单车逆变器。中国标准动车组交流输出为AC380V/50Hz，符合中国乘客用电习惯。
1.2 采用交-直-交供电模式的分析。
对于CRH2 型的动车组来说，其辅助供电系统主要是使用了冗余设计。使用这种设计，一旦一台牵引变压器运行过程中出现故障，那么输出功率就没有办法满足动车的负载需求。这样另外一台牵引变压器就可以通过辅助绕组向全动车进行供电，如供给那些非稳压的负载设备。通过这样的设计就大大的降低牵引变压器的额定功率，从而达到减少动车运行成本的设计。但是在一定程度上也增加了主变压器的体积和重量，这样就大大的增加了动车整体的重量，而且由于在这种设计过程中牵引变压器需要进行辅助绕组和二次绕组的耦合问题，这样就影响和阻碍了辅助绕组的输出电压，影响动车辅助供电系统的运行。
2.各类型动车辅助供电系统输出电压制式比较分析。
3.各类型动车辅助供电系统输出电压制式比较分析
对于各种类型的动车机组来说，由于其使用的变流方式不同CRH系列动车组均引进国外技术，包括加拿大庞巴迪、日本川崎重工、德国西门子、法国阿尔斯通，因为动车组的电压制式各不相同。因此对于动车来说其用电设备所能够接受的电压制式也不同。对于我们目前所使用的四种动车类型辅助供电系统所使用的电压制式进行分析就会发现，也千差万别，其主要相关信息主要如下表2所示：
表2 各类型动车辅助供电系统变压制式表
我们对通过表2进行分析研究就会发现可以看出，在CRH51、CRH3 和 、CRH1 5型这三种类型的动车组的辅助供电系统中，其所使用的供电制式相对简单，只有三相交流、单项交流和直流这三两种类型。CRH2型动车组供电制式就比较复杂。供电制式单一和复杂各有优缺点。供电类型越多，对负载的针对性越强，对电力资源的分配越高效合理。但是供电类型的增多，一旦供电的类型多，就会大大的增加供电线路的复杂程度，造成生产过程中布线和日常运营检修难度的增加。这样也就在一定程度上增加了动车车上布线的难度，一旦在日常运行过程中出现问题我们进行安全排查和维修时，其作业的难度大大增加。想要解决这种问题我们需要在其辅助供电系统内按照不同的负载需求进行供电，这样就大大的增加了供电的效率和供电的质量，而且在一定程度上也使得牵引变压器的功率降低，促进动车辅助供电系统更加优化。除此之外，对于一些供电系统比较简单的动车来说，我们还可以在一定程度上简化其负载的类型以及供电线路，通过这样的方式就可以实现供电的统一，一旦牵引变压器出现问题的时候，我们就可以立即进行检查，并方便人们对牵引变压器的维修如果使用全车单一制式、全车负载统一供电，可以减少生产和维护的难度。中国标准动车组作为中国新一代动车组，从提高乘客乘坐舒适性的角度考虑，采用了和CRH3型动车组类似的方案，使用单项逆变器为乘客提供稳压220V/50Hz电源插座。
34.各类型动车辅助供电系统非正常工作模式分析。
对于直-交供电方式的动车组，正常运行过程中，以中国标准动车组为例，动车组通过受电弓从电网取电，25kV单相交流电经过变压器降压后进入牵引变流器。在牵引变流器内，单相交流电经过整流和逆变后变成三相交流电为牵引电机供电。辅助变流器从牵引变压器的中间直流环节取电，为辅助供电系统负载供电。CRH2型动车组辅助供电系统是通过主变压器的辅助绕组供电。
我们所说的各类型动车辅助供电系统非正常工作式模下其实主要是指其在运行的过程中在有些情况下，动车组并不能没有从接触网中获得所需要的电能，于是采用了其他方式为辅助供电系统供电。运行过程中一般分为三种情况，第一是无火回送状态，主要使用直-交式辅助供电系系统的动车组不升受电弓，牵引电机转为发电模式向牵引变流器馈电，当速度不低于限定速度时，可以保证牵引变流器中间直流环节供电稳定，辅助供电系统取电正常，而对于使用交-直-交式辅助供电系统的动车来说，在这一时期就只能使用蓄电池进行维持简单的紧急照明和部分用电；第二种是过分相状态，过分相时，动车组需要降下受电弓，依靠惯性经过分相区，然后再升起受电弓。过分相时供电系统运行与无火回送类似，通过牵引电机馈电；第三种是部分辅助变流器故障，动车组都有冗余设计，当一台辅助变流器故障时，其他变流器有足够的能力通过母线为整车供电。当列车进行日常检修时，可以使用地面电源，通过辅助变流器的外接插座为列车供电。例如受电弓失电，所谓的受电弓失电主要可以分为短时失电和持续失电两种状况。短时失电情况是指列车在正常行驶过程中经过“分相区”时，列车控制主断路器断开，受电弓没有将接触网的电引入列车造成失电，动车组列车在行驶过程中，其速度是比快的，尤其是在高度行驶的过程中依靠惯性。
我们对受电弓长期失电进行分析时可以在无车速和有车速这两种情况下进行说明。受电弓长期失点在没有车速的情况下，其辅助供电系统是比较相同的，都使用蓄电池进行紧急供电，例如动车中的应急照明和通风系统等，一旦蓄电池的输出电压达到最低放电呀时候，紧急供电系统就会自动关闭。但是在有车速的情况下，一旦当动车组出现架线断电的情况下，出现问题的动车就需要由其他的动车牵引回送。并且在牵引的过程中，主要使用直-交式辅助供电系，一旦当动车的车速达到一定的速度时，主整流器就开始逆向工作，这样动车辅助供电系统就可以进行全负载的工作。而对于使用交-直-交式辅助供电系统的动车来说，在这一时期就智能使用蓄电池进行维持简单的紧急照明和通分用电，如果失电时间比较长的话，长期使用供电的辅助同，就会大大的影响乘客乘坐的舒适性和动车中的空气质量，所以我们一旦出现受电弓失电的情况，我们需要使用交直交式辅助供电系统的动车，这样就不仅能够增肌动车运行的稳定性，而且还大大的增加乘客的舒适性。
在系统稳定性和乘坐舒适性方面要高得多。
45.结束语。
辅助供电系统是保障高速列车中除牵引电机外所有系统正常工作的基础。本文主要从交流供电系统和直流供电系统两方面，对CRH系列与中国标准动车组进行了比较和分析。中国标准动车组作为新一代动车组，在各方面较CRH系列更加完善。希望可以通过本文的介绍与探讨，对开发设计新型动车组的辅助供电系统提供一些参考，并针对我国各类型动车机组在运行过程中出现的实际情况进行分析，针对其存在的问题提出改进的措施。
参考文献：
赵清良.地铁车辆静止变流器[J].电力机车与城轨车辆，2003（04）.
陈波.国外动力集中动车组网络系统的发展与借鉴.[J].铁道机车车辆.2019(02).李佰玲.CRH3型动车组辅助供电系统.[J].湖南农机.2014(08).
苑丰彪，杨君.高速动车组辅助供电系统.[J].机车电传动.2009(01).
郭晓燕.铁道机车车辆的辅助电源系统[J].机车电传动，2008(4):16-19,24.
熊成林,冯晓云.不同结构的列车辅助供电系统分析与比较[J].机车电传动,2008(2):15-19,23.
论文作者:关璐玮
论文发表刊物:《科技新时代》2019年3期
论文发表时间:2019/5/9
标签：供电系统论文; 车组论文; 变流器论文; 过程中论文; 绕组论文; 中国论文; 变压器论文; 《科技新时代》2019年3期论文;