轨道交通双源制工程车辆后备牵引电源系统电路及车辆

买玉 1 张法莹 2

2身份证号码：22021119911025****

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　　摘要：介绍了基于轨道交通工程车辆的统电路备用牵引供电系统和备用电源车(以下简称电源车)。针对轨道交通工程维修车辆受电弓或集电器故障或牵引电池不足的问题，设计了备用牵引供电系统统电路和备用电源车，为因停电而无法运行的工程车辆提供牵引电源。同时解决了传统牵引电池续航时间不足的问题。

关键词：后备电源;牵引电源;系统电路;工程车;供电车 

1概述

目前，在国内外轨道交通领域，袁爽制造的绿色、环保、节能的轨道交通工程维修车辆已逐步取代内燃调车机车，成为机务段、地铁车辆段等主要调车机车；工程车辆一般采用接触网/第三轨和铅酸牵引电池供电；工程车辆上安装的牵引电池受车辆重量限制，只能固定安装一定数量的牵引电池。牵引电池作为储能设备，在地铁线路上救援时，往往动力不足，导致工程车辆无法使用；或者当工程车辆的集电体(受电弓或集电体)发生故障时，工程车辆无法牵引，给地铁线路带来很大困难。

设计了基于轨道交通工程车辆维修车的备用牵引供电系统——统电路备用电源车，当工程车辆的集电器发生故障或牵引电池不足时，可以方便快捷地为工程车辆提供牵引电源，从而满足轨道交通地铁线路足够续航里程要求下的能源需求。用于电气化和非电气化铁路及车站的调车和小运行牵引，实现零排放绿色调车作业。

2电源车的特性和参数

2.1供电车辆的特性

供电车本身没有牵引力，采用单端驾驶室布局，通过与工程车辆配合，可以在备用供电车上实现牵引/制动。同时，备用动力车辆具有以下特点：

(1)有电网电源：轨道交通设备工程维修车辆的备用牵引电源和集电器(受电弓或集电器)及电网保护装置安装在车辆上，为车辆提供电网电源；

具有牵引电池电源：轨道交通设备工程维修车辆的备用牵引电源和牵引电池组及电池组充电供电电路同时安装在车辆上，为车辆提供牵引电池电源；

拥有工程车辆备用牵引电源：轨道交通设备工程维修车辆和车辆的备用牵引电源可以为其他工程车辆提供备用牵引电源(电网电源或牵引电池电源),实现因停电而无法启动的工程车辆的牵引救援；

多电源系统充电功能：轨道交通设备检修车辆和车辆上的牵引电池的备用牵引电源，由受电弓、集电器、仓库内的DC1500V电源、仓库内的3AC380V电源或柴油发电机组等充电。以确保在具有备用牵引电源的车辆上为牵引电池充电的方便、快速和充分性。 
　　2.2 供电车主要参数 
　　主要技术参数见表1。 
　　2.3 供电车设备布置 
　　供电车设备布置采用单端司机室，中央内走廊的结构形式。侧墙上设置检修门，以方便设备检修。整车设备布置分为车顶设备布置、司机室设备布置、机械间设备布置、车下设备布置，如图1所示。 
　　供电车上设备主要包含以下设备。 
　　①车顶设备：在机车顶盖上相应布置有受电弓、避雷器、空调、蓄电池车顶通风机等;同时在车顶设置登車门，方便车顶检修; 
　　②机械间设备：在机械间下层布置16箱牵引蓄电池箱（8箱串联后并联）和柴油发电机组，机械间下层布置有辅助变流器+牵引蓄电池充电机、斩波电抗器、控制蓄电池充电机+控制蓄电池、低压柜以及辅助压缩机系统，机械间侧墙设置检修门，方面检修时使用叉车将牵引蓄电池箱吊到车下; 
　　③底架设备：底架区域主要布置转向架、高压柜、高速断路器、受流器、库内充电插座，以及柴油机燃油箱; 
　　 ④车端设备：车端主要布置辅助设备，前照灯、标志灯/辐照灯、车钩、控制重联插座、牵引重联插座、制动重联风管等。 
　　 3  后备电源系统电路 
　　3.1 后备电源系统电路 
　　后备电源系统电路如图2所示。 
　　系统电路主要包括： 
　　 序号1：受流装置（受电弓或受流器） 
　　 序号2：电网电路保护装置 
　　 序号3：辅助变流器+牵引蓄电池充电机 
　　 序号1-1：牵引蓄电池组1 
　　 序号1-2：牵引蓄电池组1充电及供电电路 
　　 序号1-2.1：供电二极管、供电接触器 
　　 序号1-2.2：充电二极管、充电接触器 
　　 ...... 
　　 序号n-1：牵引蓄电池组n 
　　 序号n-2：牵引蓄电池组n充电及供电电路 
　　 如图2所示，系统电路中可以根据实际牵引工况设置n组牵引蓄电池组进行并联，本文仅以n=2进行阐述，通过牵引外重联电缆，供电车可以为工程车提供电网牵引电源或蓄电池牵引电源，其示意图见图3。 
　　3.2 后备电源系统电路功能 
　　后备电源系统电路及车辆，具有如下功能： 
　　 ①备牵引电源系统电路及车辆为重联工程车提供电网牵引电源。 
　　当工程车上受电弓或受流器因故障无法升起时，通过升起后备牵引电源车辆上受电弓或受流器， 受流装置（1）→ 电网保护电路（2）→ 电网外重联电缆 → 向重联工程车提前牵引电源，实现故障工程车的正常牵引、救援等。 

　　 同时通过后备牵引电源车辆上的受电弓或受流器，可以为后备牵引电源车辆上的牵引蓄电池进行充电，充满电后，根据电池本身特性设置自动转入浮充阶段。 
　　②后备牵引电源系统电路及车辆为重联工程车提供蓄电池牵引电源。 
　　当电网停电或工程车辆上的牵引电池不足时，工程车辆无法牵引。通过启动车辆上的备用电源系统电路和牵引电池，牵引电池组1(1-1)电池组1电源电路(1-2.1)电缆在电池外重新测试将电池牵引电源送至重联工程车，实现故障工程车的正常牵引和救援。

其中，供电二极管在牵引电池组供电电路中的作用是：1)防止电网电源不经过牵引电池充电器直接给电池组充电，导致牵引电池过充；2)是为了避免多个电池的电压差，会造成电池之间的串联。

③备用牵引供电系统电路和车辆为牵引电池输入控制电路。

考虑到不同续航里程的能量需求，设计了电池输入显示和选择界面。触摸屏根据特定续航里程的能量需求，选择启动一节牵引电池或同时启动多节牵引电池。

n组牵引电池的剩余SOC值分别显示在显示屏界面上，通过触摸屏方式可以选择投入牵引供电的电池，可以选择一组或多组牵引电池；当选择用于牵引供电的电池组剩余电量过低时，牵引受阻，供电接触器自动停止电池的牵引供电；同时自动切换到相邻的电池组进行牵引供电。

④备用牵引供电系统电路和车辆牵引电池充电功能。

根据需要，车辆上的备用牵引供电系统电路和牵引电池可以通过接触网电源或集电电源、DC1500V仓库电源或3AC380V仓库电源，或柴油发电机组的各种电力系统进行充电，以保证供电车辆上牵引电池充电的方便和充分。 
　　⑤供电车上设置操纵台，实现供电车为一台或两台工程车供电及对工程车进行操纵的互联互通功能。 
　　4  结语 
　　中国城市轨道交通发展迅速，已有36个城市批准了轨道交通建设规划。城市轨道交通的建设不仅意味着大量的地铁车辆承担运输任务，而且对于地铁线路日常维护、线路巡检、车辆救援等对电力存储池中的电气工程车辆的续航能力也有更高的要求。在轨道交通备用牵引供电系统电路和车辆的设计过程中，解决了列车单元之间的供电电路与供电车辆上各种充电电源之间的逻辑控制，对全面提高工程列车单元的续航能力，提高工程列车产品的技术性能、可靠性和可维护性具有重要地位。 
　　参考文献： 
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　　[3]叶顶康，彭长福，刘顺国，任聪，混合动力牵引调车机车的研发[J].机车电传动，2012（5）：17-20. 
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