高速电动车组无火回送自发电系统原理分析

发表时间：2019-02-22T10:02:54.443Z 来源：《防护工程》2018年第33期 作者： 杜平海

[导读] 高速动车组被机车牵引或者被救援时，由于受电弓被禁止升起，主断路器断开，接触网无法为高速动车组的辅助系统供电，为保证空调、照明系统等正常使用，通过无火回送自发电功能保证动车组负载工作。

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摘要：高速动车组被机车牵引或者被救援时，由于受电弓被禁止升起，主断路器断开，接触网无法为高速动车组的辅助系统供电，为保证空调、照明系统等正常使用，通过无火回送自发电功能保证动车组负载工作。通过分析无火回送自发电制动系统、网络系统、牵引系统、辅助系统的工作模式，研究无火回送自发电的原理，指出TCMS是高速动车组无火回送自发电控制的核心系统，负责整个发电指令的触发和状态的监控，并对自发电过程中的防滑、电机温度和电能进行管理优化。 关键词：高速动车组；电动车组；牵引系统；无火回送自发电；原理 引言

高速动车组被机车牵引或者被救援时，受电弓禁止升起，主断路器断开，因而接触网无法为高速动车组的辅助系统供电，空调、照明等系统无法正常运行，严重影响旅客和司乘人员乘坐的舒适性。通过无火回送自发电功能，能够保证动车组负载进行工作，确保冷却泵、冷却风机、空调、照明、电茶炉和供电插座等能够正常使用。 1无火回送自发电系统组成

动车组无火回送自发电由制动系统、网络控制系统和牵引系统等共同完成。制动系统承担动车组的制动力分配；网络控制系统对整车进行控制和监控；牵引系统根据负载需求，激活自发电功能。 1.1制动系统

为实现动车组的回送和救援，在每个头车分别设置有BP救援转换装置和额定压力为600kPa的列车管。通过检测列车管压力的变化来控制被救援和回送的动车组。BP救援转换装置可识别、输出7个级别的常用制动和紧急制动UB指令。

首先，动车组与机车连接，连接车钩处的管路，机车往动车的列车管里打风，动车的列车管与总风管之间的单向阀控制列车管的风只能送往总风管，列车管的风压保持在600kPa以上。其次，BP救援转换装置检测到列车管的风压后，将压力信号转换成电信号，将电信号分配给2个头车的制动控制单元（BCU），然后再分配给其他车的BCU，通过制动缸压力表确认可以施加制动力的大小。最后，做试拉试验，防止列车制动未全部缓解而造成擦轮故障。通过列车管的压力判断机车与被救援车是否连接，初次连接列车管的压力为0，当列车管的风压达到550kPa及以上时，列车缓解紧急制动。

（1）被救援模式。把救援动车组或机车的列车管压力转换为电气指令。

（2）救援模式。把救援车辆的制动指令转换为列车管压力的变化，再通过列车管传递给被救援车辆。 1.2牵引系统

当车辆正常工作时，经外部变压器将牵引变流器连接到单相25kV/50Hz供电线上。用单极断路器将变压器次级线圈与牵引变流器分离。通过预充电单元（在接通期间）和2个并联四象限斩波器（4QC）模块（每个模块为1个半桥）给DC链路（中间直流环节）电压回路供电。DC链路电容器、谐波电路、接地故障登记和保护模块位于DC链路内。经脉冲变换器将DC链路电压能量传递至三相变频脉冲输出电压，给三相异步牵引电机供电。中间直流环节的电压经过ACU输入接触器将3600V直流电压传递给ACU，再经过ACU进行降压逆变，最后将380V的交流电压传送给车辆负载。 1.3辅助系统

辅助系统包括客室空调、司机室空调、主空气压缩机、主变压器辅助系统、牵引变流器辅助系统、辅助变流器冷却单元、充电机、前窗加热、开水炉、厨房负载、水系统加热、交流插座等。辅助供电系统电源主要由ACU、蓄电池等组成。辅助变流器安装在拖车

（TC01/TP03/TP06/TC08）上，蓄电池箱安装在头车（TC01/TC08）上。辅助变流器将来自牵引变流器的中间直流电转换成三相交流电为辅助系统供电。三相交流电（380V/50Hz）来自ACU，供电方式采用干线供电，所有的辅助变流器都向干线输出同相位的三相交流电

（380V/50Hz），实现联网供电。当某个辅助变流器故障时，其余的辅助变流器可继续向交流干线供电。直流110V供电来自于蓄电池组，为了提高某些负载（应急照明，中央控制单元，人机界面等）的可靠性，直流供电干线分为2路，即BN1和BN2。直流负载一部分由BN1供电，另一部分由BN2供电。对于特别重要的负载，采用直流电池不间断供电（BD供电）。直流和交流供电系统使可靠性大大提高。

另外，网络控制诊断系统功能强大，对供电线路发生的过载、短路、瞬时大电流冲击、过压、欠压、接地等现象能及时加以保护；供电负载具有自诊断功能和故障保护措施，确保运行安全。 2无火回送自发电优化

动车组实现自发电功能后，车辆的网络系统会对车组多个功能进行优化控制。列车网络控制系统（TCMS）是高速动车组无火回送自发电控制的核心系统，负责整个发电指令的触发和状态的监控，对自发电过程中的防滑、电机温度和电能进行管理。 2.1防滑控制

动车组在运行过程中，为了获得尽可能大的粘着力，必须进行防滑防空转控制。在制动工况时，滑行检测与控制由BCU完成，当检测到动轴轮对发生滑行时，发送电制动减量给牵引控制单元，牵引控制单元根据制动控制单元的指令减小电制动转矩的输出。

动车处于自发电模式，当TCU发出“滑行指示信号”，CCU接收该信号后，经2s延时触发10s的电平信号，在此10s期间内置位“ACU的直流、交流禁止”指令。

如果10s后TCU复位“滑行指示信号”，而且反馈K11是闭合的，则CCU复位“ACU的直流、交流禁止”指令（10s的时间降低了ACU的启停次数）。

如果10s后TCU复位“滑行指示信号”，但反馈K11是断开的，则CCU保持“ACU的直流、交流禁止”指令为置位状态。若TCU发出“滑行指示信号”持续10s，则TCU将封锁PWMI逆变器。TCU封锁PWMI5s后，CCU将复位“无火回送自发电指令”，2s后再置位“无火回送自发电指

令”。上升沿触发条件：①PWMI逆变器处于封锁状态5s后；②动车处于拖拽自发电状态；③CCU无切除牵引逆变指令。 2.2电机温度监控

无动力回送时动车组的牵引电机持续运行在非额定工作点，当电机的电制动转矩较大时，将引起牵引电机超温。

每台牵引变流器给1台辅助变流器供电，辅助变流器的负载多为风机水泵。无动力回送时，自发电的退出速度为35km/h，根据辅助功率的要求，牵引变流器的转矩相对较大；8辆编组的动车组总共有4台牵引变流器和辅助变流器，当部分牵引变流器或辅助变流器发生故障时，正常运行的辅助变流器处于重载工况。上述2种工况下，牵引变流器的转矩一直较大，容易引起电机超温，因此CCU必须根据不同的工况及电机定子温度进行负载管理，保证牵引电机在合理的温度范围区间运行。CCU确认动车组ACU的工作状态，如果2个以上正常工作，则全列负载正常工作；如果电机定子温度小于170℃，则全列负载正常工作，否则进入减载模式：首先，对全列空调进行减载；其次，将电机定子温度较低的动车组风机转换为低速运行；最后，对定子温度超范围的牵引控制单元封锁牵引逆变器，退出自发电模式。 3结语

动车组无火回送自发电系统通过CCU判断列车的运行状态，调度牵引系统和制动系统，激活无火拖拽模式和中间电压，实现电机在发电模式工作，为车上负载供电，提高回送列车的舒适性。 参考文献：

［1］戴瑞亮．CRH1A型重联动车组途中故障的原因分析及处理措施［J］．上海铁道科技，2011（2）：58-59． ［2］殷振环，董侃，高吉磊．高速动车组牵引变流器关键数据记录及解析［J］．机车电传动，2017（4）：41-43． ［3］刘锦波，张承慧．电机与拖动［M］．北京：清华大学出版社，2006．