广州地铁3号线北延段列车辅助供电系统应用与分析

1辅助供电系统的定义

(1)辅助供电系统是指除为牵引动力系统之外的所有需要使用电力的负载设备提供电能的系统,包括辅助逆变系统和蓄电池系统。

(2)辅助供电系统的电力主要来自牵引供电接触网,经受电弓进入列车:当电力无法来自牵引供电接触网时,则采用外接电源(例如车间电源)或者蓄电池供电。

(3)辅助供电系统的负载设备主要包括牵引逆变器冷却风扇、辅助逆变器冷却风扇、空气压缩机、空调系统、各种电动阀门、头灯、车厢照明及各种服务性电气设备以及蓄电池充电器(当充电机采用AC/DC形式时)等。此外,辅助供电系统还需为列车控制系统提供不间断的电源。

2辅助供电系统的组成

2.1输入模块

辅助供电系统的输入模块主要包括主接触器、输入滤波器等,将直流电引入逆变模块。

2.2逆变模块

辅助供电系统的负载大多采用三相交流电源,因而首先要通过辅助逆变模块将波动的直流网压逆变为电压和频率恒定的三相交流电。

2.3输出模块

输出模块主要由输出变压器、正弦滤波器以及熔断器等相应设备组成。直流网压通过逆变模块形成的交流电经由输出接触器以及熔断器对列车负载进行供电。

2.4直流电源(兼作蓄电池充电器)

车辆上各个控制电器都由直流电源DC/DC供电。车辆上蓄电池为紧急用电所需,所以DC110v控制电源同时作为蓄电池的充电器。

以上四个部分构成完整的辅助供电系统。

3西门子辅助供电系统与国产辅助供电系统对比分析

现通过对这两种辅助供电系统的原理及实际应用情况进行对比分析,为后续城轨车辆辅助供电系统选型提供建议。

3.1西门子辅助逆变系统

3.1.1电气参数

辅助供电系统输入额定电压为1500v的直流电,最低输入电压为直流900v,连续满负载时的最高电压为直流1800v,短时满负载时最高电压为直流2050v(1s):额定输出功率为93kw带充电机、73kw不带充电机。DC/AC输出电压为380v、频率为50Hz三相交流电:DC/DC输出2的具体参数为直流110v,容量为20kw。冷却方式为强迫风冷。

3.1.2布置方式

西门子辅助逆变系统采用分布式布置、集中供电方式,每节车安装1个辅助逆变单元DC/AC,把1500v的直流电转换为三相380v的交流电,提供给空压机、空调设备、设备通风装置以及220v的方便插座。

每节B车安装1个DC/DC,与B车辅助逆变器集成在一个箱体,把1500v的直流电转换为110v直流电,为整列车提供110v直流电源,并负责给列车蓄电池充电。

3.2国产辅助逆变系统

3.2.1电气参数

国产辅助逆变系统采用的主电路形式为sIv输出,直接两电平逆变电路和BCG输出。三相整流+高频DC/DC变换,其额定电压为1500v,电压波动范围为DC1000~1800v,再生制动时最大允许电压为DC2000v。电压输出1的具体参数为:三相交流380×(1士5%)v的电压,频率为50Hz,容量为190kvA:电压输出2的具体参数为:DC110v,容量为20kw。冷却方式为强迫风冷。

3.2.2布置方式

国产辅助逆变系统采用集中供电的方式,每个B车安装有1个DC/AC,每台辅助逆变器通过三相输出接触器向本单元的3节车厢输出380v交流电。

4国产辅助逆变系统与西门子辅助逆变系统的比较

4.1辅助系统工作原理比较

国产辅助逆变系统每个B车安装有1个DC/AC,每台辅助逆变器通过三相输出接触器向本单元的3节车厢输出380v交流电。在正常工作状态下,M车上的三相母线接触器处于断开状态,两个单元各自独立工作。辅助逆变器输出为190kvA,当某个单元内的辅助逆变器发生故障时,断开输出接触器,故障逆变器与供电母线隔离,通过闭合扩展供电接触器将非故障单元的电流引入故障单元,确保故障单元内关键负载能正常工作。单个辅助逆变器的容量无法满足整列车的负载要求,因此需要切除本单元的负载才能保障列车无需限速运行。

西门子辅助逆变系统每节车都有1个辅助逆变单元DC/AC,即采用分散并网供电系统,每台辅助逆变器通过三相输出接触器向380v交流列车母线供电。当任意1台或者2台辅助逆变器故障时,无需切除负载,当任意3台及以上的辅助逆变器故障时需要切除负载才能保障列车正常运行。

4.2维护情况对比

目前广州地铁3号线北延段列车辅逆系统计划性检修主要以系统修方式开展,每年二月份为辅逆系统半年检,主要检查内容为箱体及接地线的紧固情况,并对箱内的灰尘进行清洁:每年八月份为辅逆系统年检,主要对辅逆箱体内部关键部件进行检查并进行除尘。国产辅助逆变系统与西门子辅助逆变系统的检修情况对比如表1所示。

从实际运用情况看,国产辅助逆变系统较西门子辅助逆变系统的维护工作量偏大,主要在于国产辅逆新风滤网每两周需要进行一次清洁。

5结语

本文通过对西门子辅助逆变系统及国产辅助逆变系统原理、运营维护及系统故障情况进行比较分析,可以为其他地铁运营单位选取辅助逆变系统时提供必要的理论支撑。