DC1500V/DC750V两种供电制式下牵引高压系统设计

杨丽唐建明茅迿孙建胡金鑫

(中车南京浦镇车辆有限公司设计开发部江苏南京210031)

摘要：本设计方案主要应用在接触网与三轨同时存在或库内与正线切换的实际线路中，通过检测高压供电制式完成两种供电制式及电压的切换，满足两种供电电压DC1500V/DC750V下的牵引要求。

关键词：第三轨；接触网；牵引系统；电压制式；DC1500V/DC750V

TractionsystemdesignappliedonDC1500/DC750Vpowersupply

YANGLi;TANGJianming；MAOXun；SUNJian；HUNJinxin

（D&RDepartment，CRRCNANJINGPUZHENCO.,LtdNanjing，Jiangsu210000,China）

Abstract:Thedesignisappliedonthegatenaryandthethirdrailortheactualswitchingbetweentheworkshopandtheline,Thetwopowersupplysystemsandvotageareswitchedbydetectingthehigh-votagepowersupplytomeettherequiemeentsofthetwovotageDC1500V/DC750Vsupply.

Keywords:Thirdrail;Catenary;Tractionsystem;Votagesystem；DC1500V/DC750V

1.引言

本牵引系统方案应用于城轨综合检测车上，车辆供电方式为接触网和三轨供电，接触网供电电压为DC1500V，第三轨供电电压为DC1500V/750V，牵引系统工作电压为DC1500V，需要在三种供电模式下保证系统正常工作，实现自动切换。本文将从系统的构成和工作原理等方面进行重点分析和介绍。

2.概述

2.1.综合检测车编组

综合检测车采用三辆编组，如图1所示：

Mc-半动车；M-动车

图1车辆编组图

2.2.车辆基本性能参数

最高运营速度120km/h（瞬时速度达到130km/h以上）

平均启动加速度（0～40km/h）≥0.9m/s2

平均加速度（0～120km/h）>0.5m/s2

3.牵引系统设计

考虑到供电方式为全线架设架空接触网和三轨，且供电电压为DC1500/DC750V两种电压，系统设计为两部分：第一部分为由双向变流模块组成；第二部分由牵引单元组成。牵引系统包括双向变流器、熔断器箱、高压电器箱、电抗器箱、牵引逆变器箱、过压吸收电阻、牵引电机、受电弓及受流器等设备。除熔断器箱安装在列车车顶外，其它电器箱均采用箱体式车下悬挂结构。牵引电机采用架承式全悬挂结构。

经三轨或受电弓输入的电流送入双向变流器模块，双向变流器根据输入电压制式选择开通方式，将高压电输出给高压箱，经高压箱输出的DC1500V直流电由牵引逆变器变换成频率、电压均可调的三相交流电，向异步牵引电机供电,实现车辆运行；再生制动时，牵引电机作为发电机运行，与牵引工况相反，主电路原理示意如图1所示：

图2高压牵引系统示意图

3.1.功能实现

为了给车辆提供合适的牵引电源，保证车辆正常运行。同时，在车辆再生制动时，将能量反馈回电网。

双向变流器模块为一个独立的单元，主要由检测电路、控制模块、驱动模块和功率模块组成。

1）检测电路

考虑到双向变流器作为整个系统的高压输入端，需要保证车辆两个单元的受流方式的一致性和电压制式的一致性，车辆唤醒后，检测控制电路上的电压传感器检测三路高压输入端的电压情况，将任一高压输入信息及相应电压表的情况反馈给控制电路。

2）控制电路

考虑到两个单元电源的统一性，只允许受电弓和受流器的一种对双向变流器模块供电，为提高系统的可靠性，根据检测电路检测到的电压和电源信息，同时结合硬件和软件方式控制相应电路中的接触器的闭合和断开，保证供电方式及电压的唯一。

3.1.1.供电方式优先级控制

本项目受流器采用机械式受流器，受流器升/降控制均为手动操作，无法通过电路切除受流器高压输入，高压受流方式上考虑三轨受流的优先级最高,即受电弓受流时，一旦检测到三轨有电DC750/DC1500V，控制板立即断开接触器KM5,保证受电弓输入的高压电无法进入牵引系统，同时变流器将三轨有电输入信号反馈给车辆，车辆执行降弓指令；同时考虑到受流器受流时，受电弓也会同时带电，保证系统的安全性及库内维护时防止人员触电，在受流器受流时，KM5断开切断受电弓支路。

3.1.2.系统输出电压控制

考虑到高压供电为两种电压制式DC1500/DC750V，但牵引系统额定工作电压为DC1500V，DC750V供电时牵引系统同样可以工作，但需要降功率运行，平均加速度较小，故通过设置DC/DC模块将DC750V电压升压为DC1500V。

为保证DC1500V/DC750V供电电源唯一，在输出电路上设置接触器KM1、KM3、KM4、KM5用于电路互锁。通过网压传感器检测供电电压及供电来源。当SV1检测到有高压时，为接触网供电，将网压信息发送给控制模块，控制模块控制接触器KM5闭合，其余接触器均断开，仅受电弓受流。当SV2检测到有高压时，将电压值反馈给控制模块，控制模块根据电压范围判断额定供电电压是DC750V或DC1500V，检测到变电所供电为DC750V时，预充电电路开始工作，预充电完成后KM1闭合，其余接触器均断开，DC/DC将电压升为DC1500V后，KM4闭合，将电压送给高压电器箱，牵引系统开始工作；检测到变电所供电为DC1500V时，KM4闭合，其余接触器均断开，将DC1500V直接送入高压电器箱。

再生制动时，DC1500V原路反馈回电网；DC750V供电的系统经DC/DC斩波降压后反馈回电网。变流器模块示意如下图3所示。

图3双向变流器

系统运行逻辑控制图如下图所示：

图4逻辑控制图

3.1.3.牵引特性

正线运营时，牵引系统工作在DC1500V电压下，双向变流器模块工作在DC1500V或DC750V，双向变流器输出功率为1440KW。车辆最高运行速度为120km/h，且正线停车站间距较短，列车会持续运行在牵引、制动工况下，惰行时间较短，制动过程中电流较高，功率器件发热长，温升较高，考虑到以上因素，DC750V供电再生制动时降功运行，整个系统按照两种特性曲线运行。DC1500V供电时牵引/制动特性如下图5所示；DC750V供电时牵引/制动特性如下图6所示:

图5牵引/制动特性

图5牵引/制动特性（制动降功模式）

4.结论

该系统设计方案已通过专家评审，且已投入生产，可运用到受电弓/受流器两种受流方式同时存在或出入库转换的线路上，且可工作在DC750V/DC1500V的供电线路上，对供电方式和电压的适应性较好；本系统设计思路可在库内与正线供电转换上得到广泛应用，且可根据线路站间距情况对牵引特性进行调整应用。

5.参考文献:

[1]宋雷鸣.动车组传动与控制【M】.北京；中国铁道出版社，2007

[2]李群湛，贺建闽．牵引供电系统分析[J]．成都，西南交通大学出版社2008.

[3]饶忠.列车牵引计算【M】.北京：中国铁道出版社，2010.