列车牵引设备供电线路的改造

列车牵引设备供电线路的改造

张闻天

南京地铁运营责任有限公司江苏南京21000

摘要：牵引设备冷却风机是保证列车牵引系统正常运行的重要组成部分。因此，一定要保证列车牵引设备冷却风机的可靠性。

关键词：列车；牵引设备；供电回路改造

1列车牵引设备冷却风机的供电方式

目前，为了能够实现列车牵引系统的可靠和可操作性，牵引设备冷却风机的电源由辅助系统来提供，基本上采用的都是并网或交叉供电方式。而这其中，又以并网供电的可靠性最高，理论上，多节编组的列车只需要有一台辅助逆变器处于工作状态中，就可以保证正条列车牵引设备冷却风机的供电正常。只是，并网供电技术的最早应用，是在某轨道交通1号线增能扩编项目列车上，而之前项目的列车仍采用传统的交叉供电方式。

2列车牵引设备冷却风机交叉供电原理

AC01型电动列车牵引设备冷却风机（FANs）包括牵引箱冷却风机与制动电阻箱冷却风机，采用强迫风冷的方式保证牵引设备在允许温度范围内正常工作。其供电方式采用交叉供电方式，由Tc车辅助逆变器（AI-1）输出AC380V供电。2个Tc车辅助逆变器分别为一半的动力车（Mp车或M车）牵引设备冷却风机供电。当一个Tc车辅助逆变器无法工作时，该逆变器供电的冷却风机将自动切换至另一个Tc车的辅助逆变器；当2个Tc车辅助逆变器都无法工作时，列车牵引系统将因失去通风冷却功能而无法工作，最终导致列车救援事故。由于AC01型电动列车的Tc车辅助逆变器自身故障率较高及冷却风机短路时有发生等原因，使正线运营列车存在较大的救援风险，故有必要采取有效措施以杜绝此类事故的发生。

3改造方案的设计

由于AC0l型电动列车每节车都有一个辅助逆变器（AI-2）均输出AC380V为客室空调供电，其电源形式与牵引箱冷却风机及制动电阻箱冷却风机所需电源相同，因此，可通过供电回路的改造，实现在Tc车辅助逆变器故障时，牵引设备冷却风机电源自动转换至Mp车或M车的辅助逆变器供电，以降低辅助供电系统故障对列车牵引功能的影响。

3．1动力车辅助逆变器的功率核算

为实现上述设计，必须在动力车辅助逆变器原有空调负载的基础上增加牵引设备冷却风机负载，因此必须核算动力车辅助逆变器功率是否满足改造要求。动力车辅助逆变器的额定功率为AC90kV，功率因数为0.85，故其有功功率为76.5kw。

3．2空调负载功率的计算

动力车辅助逆变器负载为空调机组，每台动力车辅助逆变器负载为3台空调机组。每台空调机组总成的额定功率为24．22kW，则每台动力车辅助逆变器的负载功率为72．66kW。通过对空调负载实测数据的分析可以发现，在满负荷工作时，每台空调机组的实际功率均小于22kW，其负载总功率不超过66kW。

3．3牵引设备冷却风机负载功率的计算

改造后的电力汽车的牵引箱故障条件和制动电阻箱冷却风扇将被转换为辅助逆变器供电，所以电源车辅助逆变器将增加牵引箱冷却风机负载功率（1.1KW）和制动电阻箱冷却风扇（2.2KW）。

4改造方案

4．1牵引设备冷却风机供电回路改造方案

经过功率核算可知，动力车辅助逆变器完全符合改造要求。因此，可以通过将原来牵引箱冷却风机及制动电阻箱冷却风机电源在2个Tc车辅助逆变器之间自动切换，改为在一个Tc车与本车（Mp车或M车）辅助逆变器之间自动切换，从而提高牵引系统工作的可靠性。实际改造中，只需将M车或Mp车牵引设备冷却风机的三相电源线接至本车辅助逆变器的三相输出端，同时更改原供电控制电路中的相关继电器接线即可。这样，在一个Tc车辅助逆变器故障时，可实现一半动力车的牵引设备冷却风机由本车的辅助逆变器分别供电，不增加另一个正常Tc车辅助逆变器的负载；同时可将原来集中于故障Tc车的冷却风机负载分散至各个动力车逆变器，不影响列车的正常牵引功能。更重要的是，当2个Tc车辅助逆变器同时故障时，所有动力车的牵引设备冷却风机均会自动切换至本车辅助逆变器，可继续为牵引设备进行通风冷却，以保证列车的牵引功能。

4．2列车中央控制单元软件修改

如上所述，牵引设备冷却风机的供电回路经过改造后，完全可以在2个Tc车辅助逆变器故障的情况下由动力车辅助逆变器继续为牵引设备冷却风机提供电源。但是，由于列车中央控制单元（CCU）软件中有关Tc车辅助逆变器状态对牵引系统影响的相关控制，仅实现硬件电路改造，仍无法到达预期目标。因此，必须对CCU软件进行相应修改。若CCU总线正常，功能块输出为变量HBI，该值取决于牵引设备冷却风机电源状态（BlowerContr01），即Tc车辅助逆变器工作状态。当至少有1个Tc车辅助逆变器正常工作时，HBI=1；当2个Tc车辅助逆变器都不工作时，HBI=0。

若CCU总线故障，功能块输出为变量EMV。该变量恒为1。

因此，当CCU总线正常，2个Tc车辅助逆变器同时不工作时，HBI=0，即变量$HBUEIN=0。当$HBUEIN=0，则CCU将该变量发送给所有牵引控制单元（TCU），产生相应的故障代码并封锁TCU，则列车牵引系统停止工作。

为了实现牵引设备冷却风机电源切换到动力车辅助逆变器后，列车能够继续实现牵引功能，必须设法让CCU变量$HBUEIN=1，屏蔽相关故障。

通过修改CCU软件，可以将功能块LoADEN2中的变量EMV（恒为0）插入功能块LOADENI中替换SEL变量。LOADENl的输出变量$HBUEIN=1，则CCu始终认为“至少有一个Tc车辅助逆变器正常”，即列车在2个Tc车辅助逆变器故障的情况下不封锁TCU，允许列车牵引。由于LOADEN2为备用功能块，不参与CCU程序中的任何控制，因此调用其中的EMV变量不会对列车的其它功能产生影响。

5蓄电池运营能力试验

由于Tc车辅助逆变器除为牵引设备冷却风机提供电源外，还负责对主蓄电池进行充电及提供低压直流负载电源。因此，即使实现了硬件电路改造和控制软件修改，还必须考虑失去蓄电池充电器供电的情况下主蓄电池对低压直流负载的供电能力。

正线模拟运营试验表明，在2个Tc车辅助逆变器切除（仅主蓄电池供电）状态下，打开全列车低压直流负载，列车可以在该轨道交通1号线正线运营31km里程，蓄电池电压从101V下降至93．5V，距离蓄电池欠压保护值84V仍有较大的安全范围。

6.结语

通过以上的分析和研究，地铁AC01型电动列车可以通过对牵引设备冷却风机的交叉供电回路改造，配合相关控制软件修改后，杜绝牵引系统因TC车辅助逆变器故障引起失效进而导致的救援事故。同时，在TC车辅助逆变器故障时，可以将动力车牵引设备冷却风机电源切换至动力车辅助逆变器，从而降低辅助系统故障对牵引功能的影响，以保证列车的运营质量。

参考文献：

[1]李轶斌．中压交流并网供电技术在地铁列车上的应用[J]．城市轨道交通研究，2012（6）：121．