动车组设备_第二章_第二节_辅助供电系统

1、1主要内容 一 辅助电气系统设备与容量 1.1 辅助电气系统设备与容量 1.2 CRH2辅助电气系统设备与容量二 CRH2动车组辅助供电系统 第二节 动车组辅助供电系统 2(一)概述 1.1 辅助电气系统设备与容量 随着动车组技术的发展和运输质量要求的提高，辅助供电系统的结构形式也逐渐多样化，总的来讲：功能逐渐增加，技术指标及可靠性的要求也越来越高。v 辅助供电系统具有以下特点 辅助供电系统的供电母线在动车组全列车贯通。 辅助供电系统的负载种类多，需要提供的电源规格多，布线复杂。 辅助变流器向轻量化、小体积发展，近年均采用IGBT元件和高频电力电子技术来提高效率和可靠性。3v辅助供电系统的构成

2、 辅助供电系统的结构根据负载需要的电源规模来决定，动车组的辅助供电系统一般由辅助变流器、蓄电池、充电机等组成。 辅助供电系统采用干线供电方式，为动车组上除牵引动力系统之外的所有用电设备供电。 辅助变流器由输入滤波器、斩波器、逆变器、输出滤波器和控制单元组成，一般和牵引变流器安装在一个机箱中。 蓄电池和充电机提供不停电的应急电源。 1.1 辅助电气系统设备与容量 4v辅助供电系统功能 动车组（CRH系列）是电力牵引列车，电力均来自AC25KV牵引供电电网，经受电弓进入牵引变压器原边绕组，再由牵引变压器的次级绕组或主变流器的直流环节进入辅助变流器。 辅助供电系统为空气压缩机、冷却通风机、油泵/水泵

3、电机、空气调节系统、采暖、照明、旅客信息系统、控制、广播、列车无线等设备提供电源。 上述负载要求辅助供电系统具有包括三相AC380V母线、AC220V母线、DC110V母线等输出。 1.1 辅助电气系统设备与容量 5 在决定供电系统的总容量时，必须考虑电气负载的需要功率、功率因数、效率等因素。 一般的电气设备如电动机，在其产品目录和说明书上都标有它的额定功率和效率。 该额定功率是指电动机在正常工作状态下，本身轴上所具有的有效机械功率。 因此，电动机的需要功率（real power）等于有效机械功率除以效率，单位一般用kW表示。 1.1 辅助电气系统设备与容量 6n负载的功率因数是针对交流电路而

4、言的，其大小由负载的有功功率除以视在功率（apparent power）得到。n视在功率等于负载的电压与电流的乘积，单位一般用kVA表示。n供、配电系统中没有被利用的电能用无功功率（reactive power）表示。n在决定供电系统的总容量时，最保守的方式是把所有负载的需要功率之和作为系统容量，但是这样将供电系统成本很高。因此要考虑负载的功率利用系数 1.1 辅助电气系统设备与容量 7n在某一段时间内，一组同时工作的负载，其平均需要功率与系统为该负载提供的总安装功率之比称为负载的功率利用系数n确定方法：n根据负载的功率因数、平均电网电压、负载与负载之间工作的组合方式进行分析n在负载电路中安装

5、电度表，测定一个或总负载在一定时期内的实际消耗功率数，然后除以实际的系统安装功率1.1 辅助电气系统设备与容量 8n由于车辆的所有负载不可能同时工作，因此在满足车辆电气负载正常工作的前提下，应该尽量减小系统总安装功率n总安装功率确定方法：n（1）根据负载的最大消耗功率组合方式进行确定n 总容量=(P需功率利用系数)n（2）通过试验，测试整车负载功率利用系数，然后计算车辆系统总容量n 总容量=P需整车整车功率利用系数1.1 辅助电气系统设备与容量 9 CRH2动车组设置2台辅助电源装置（APU），分别向4辆车提供辅助电源。当一台辅助电源装置发生故障时，可通过另一台辅助电源装置向全列车提供辅助电源

6、。 辅助电源装置（辅助电源装置（APUAPU）由APU输入辅助整流器、PWM三相输出逆变器、逆变器输出变压器、CVCF输出变压器、辅助变压器等构成。 APU的输入电源是牵引变压器辅助绕组输出的AC400V，通过可控硅混合电桥变换成为直流电。该直流电通过PWM三相逆变器变换成为交流电，通过逆变器输出变压器提供AC400V三相50Hz电源。 辅助整流器柜由整流器变压器、辅助整流器构成。v1.2 CRH2动车组辅助供电系统设备与容量 10 CVCF输出变压器将AC400V三相电源变换成单相AC220V、AC100V的稳压电源。 辅助变压器将牵引变压器辅助绕组的AC400变换成另一单相AC100V电源

7、。 辅助整流器箱使用整流器变压器将APU的400V三相电压输出变压后，通过三相全波整流器，输出DC100V。 辅助整流装置采用自冷式，由整流器变压器、整流二极管单元、用于实现输出电压下降特性的电阻等构成。 v1.2 CRH2动车组辅助供电系统设备与容量 11 动车组上设AC220V电源插座，不设DC24V及DC36V的插座。 辅助电源装置的输出满足JIS E6402。 全列共设3组蓄电池，蓄电池组容量可维持应急用电量两小时。运行过程中，蓄电池组可在线路上充电。v1.2 CRH2动车组辅助供电系统设备与容量 12 辅助系统采用冗余设计：辅助系统采用冗余设计： 1、在动车组上安装2台牵引变压器，其

8、辅助绕组输出的AC400V电压分别供电给4节车厢。当一台牵引变压器故障时，为了使另一台正常运转，牵引变压器能够通过辅助绕组向8节车厢供电，设置了用于切换的辅助绕组电源感应回路。当辅助绕组电源切换后，空调装置半功率运行。 2、辅助电源装置，每台辅助电源装置给4节车厢供电。当一台辅助电源装置发生故障时，为了使另一台正常运转的辅助电源装置能够向8节车厢供电，设置了用于切换的扩展供电回路。 辅助电源装置的输出容量的设计能够在故障时用一台正常运转的辅助电源装置向整列车供电。因此，当一台辅助电源装置故障时无需减少负荷。v1.2 CRH2动车组辅助供电系统设备与容量 13辅助电源装置（APU）输入输出参数输

9、入输出1输出2输出3输出4输出5AC400VDC100V10%单相AC100V1 0 % ，50Hz单相AC220V1 0 % ，50Hz三相AC400V1 0 % ，50Hz单相AC100V+26-41%，50Hz 116kW12kVA11.3kVA123kVA22kVAv1.2 CRH2动车组辅助供电系统设备与容量 14辅助电源装置（APU）出现故障时，系统供电容量 APU的5个电压输出额定容量均大于1台APU停止运行时的负载功率。 动车组车外车体侧面装有连接外部电源的插座（AC400V、单相50Hz），M2车（2号车及6号车）上各有一处。 车辆检修基地设置有外部电源，可供辅助电路的工作。

10、 v1.2 CRH2动车组辅助供电系统设备与容量 15辅助电源装置（APU）4号车负载5号车负载整列合计负载APU额定容量DC100V(ARf)23.5 kW22.3 kW45.8 kW58kw2台=116kW AC100V(CVT)-夏3.4 kW3.5 kW6.9 kW12kW1号车APU停止时停止6.9 kw 12kW8号车APU停止时6.9 kW停止 12kW AC220V(CVT)-夏1.9 kW6.3 kW8.2 kW12kW1号车APU停止时停止8.2 kW 12kW8号车APU停止时8.2 kW停止 12kW AC100V(ATr)-夏2.9 kW2.4 kW22kWAC100

11、V(ATr)-冬12.2 kW11.7 kW 22kW AC400V（SIV）57.8 kW65.2 kW123 kW123kW1号车APU停止时停止123 kW 123kW16(一)概述 CRH2动车组辅助供电系统 CRH2动车组以E2-1000型动车组为原型车，通过全面引进设计制造技术，由四方股份公司在国内制造生产。动车组由8辆车组成，其中4辆动车4辆拖车；首尾车辆设有司机室，可双向驾驶，编成后结构如图所示。 17 动车组在1号、8号车分别设置一套辅助电源装置（APU），为空气压缩机、照明、控制、广播、列车无线等设备提供电源；在2、4、6号车上分别设有一个蓄电池箱。二、CRH2动车组辅助供

12、电系统18v牵引变压器辅助供电绕组供电模式 CRH2动车组辅助供电系统由牵引变压器的辅助供电绕组提供电源。 在CRH2动车组中，辅助供电系统由牵引变压器3次绕组的AC400V提供电源，AC25kV的高压电输入牵引变压器，经过降压变成AC400V，再输入辅助电源装置，经过处理后，从辅助电源装置输出4路交流和1路直流电源，为列车的各设备供电。 二、CRH2动车组辅助供电系统19 CRH2动车组辅助供电系统工作原理示意图 v牵引变压器辅助供电绕组供电模式 二、CRH2动车组辅助供电系统20 CRH2动车组辅助供电系统由牵引变压器3次辅助绕组提供电源，采用干线供电方式，按各电源系统贯穿全列车。和牵引变

13、压器3次线圈直接连接的系统中，连接有空调装置、换气装置以及ATP主控电源。辅助电源装置（APU）的输入为400V，该设备作为电源向以下五个系统提供电源：非稳定单相AC100V系统；稳定单相AC100V系统；稳定单相AC220V系统；稳定三相AC400V系统；稳定DC100V系统。二、CRH2动车组辅助供电系统21 非稳压单相非稳压单相AC100VAC100V系统系统，由辅助变压器（ATr）仅将牵引变压器辅助绕组的AC400V电压直接降压至AC100V，向热水器的加热器等容许电压变动的负荷供电。 稳压稳压AC100VAC100V、AC220VAC220V系统系统和稳压稳压DC100VDC100V

14、系统系统，使用辅助电源装置与AC400V实现隔离，并且降压和稳压。 稳压三相稳压三相AC400VAC400V与牵引系统相关的辅助设备（牵引变压器、牵引变流器、牵引电机用各送风机等）连接。 稳压稳压DC100VDC100V系统系统向车辆的控制电源、车厢照明、蓄电池等供电。 二、CRH2动车组辅助供电系统22CRH2动车组辅助供电系统图 23(二)技术指标 v 方式 电路方式：单相桥式脉冲整流器 三相桥式逆变器方式； 控制方式：逆变器稳压控制方式； 冷却方式：强制风冷方式。 v 输入额定值 额定电压：（）单相； 电压变动范围：（连续）， （分钟）。 v 形式 辅助电源装置： ； 辅助整流器： 。

15、二、CRH2动车组辅助供电系统24(二)技术指标 v 输出额定值 额定容量：； 负载程度：连续，输出秒，输出秒； 负载功率因数：（延迟）； 输出类别 二、CRH2动车组辅助供电系统25CRH2辅助电源装置（APU）输出种类 类别类别交流交流3相相交流单相交流单相直流直流(辅助整流器箱）辅助整流器箱）内置内置ATr(不稳定）输出不稳定）输出额定电压额定电压AC400VAC400VAC100VAC100VAC220VAC220VDC100VDC100VAC100VAC100V额定输出额定输出123kVA123kVA12kVA12kVA12kVA12kVA58kW58kW22kVA22kVA电压精度

16、电压精度+10%+10%-10%-10%同左同左同左同左+10%+10%-10%-10%+26%+26%-41%-41%频率频率50Hz50Hz1%1%同左同左同左同左50Hz50Hz失真率失真率5%5%以下以下ACAC输出电输出电压瞬间变动压瞬间变动（ATrATr除外除外）+5%+5%、-5%-5%（AC400VAC400V输出）输出）（输入电压（输入电压AC400VAC400V，负载变动在，负载变动在70%70%100%100%）电压瞬间变动电压瞬间变动时的稳定时间时的稳定时间1 1个循环（个循环（20ms20ms）以下）以下其他其他效率在效率在90%90%以上以上* *输入电压输入电压-

17、37%-37%时、时、ATAT电压精度电压精度-41%-41% 26v 使用条件 环境温度：（外界温度）； 控制电源 （1）额定电压：； （2）电压变动范围：； （3）所需容量：.，起动时. 毫秒。二、CRH2动车组辅助供电系统27v 温度上升范围 输入交流电抗器（，）： （通风温度）； 输出交流电抗器（）： （通风温度）； 变压器（）：（通风温度）； 变压器（）：（通风温度）； 变压器（）：（通风温度）； 辅助变压器（r）：（通风温度）。注的线圈绝缘部耐热为时，容许上升温度为。 二、CRH2动车组辅助供电系统28v 耐电压 主电路输入：（额定电压：）； 输出： （额定电压：）； 输出： （额

18、定电压：）； 输出： （额定电压：）； 输出： （额定电压：）； 控制电路：（额定电压：）。二、CRH2动车组辅助供电系统29(三) 辅助电源装置（APU）工作原理 本辅助电源装置（APU）向辅助电路、蓄电池、荧光灯等供电；输出DC100V向插座、服务设备等供电；输出AC100V和AC220V向牵引系统的相关通风机输出三相AC400V的电源装置，安装在车体地板下侧。其内还设有向电热器等供电的AC100V电源用辅助变压器（ATr）。v辅助电源辅助电源由辅助电源装置（APU）和辅助整流器（ARf）两个装置组成，图中上方虚线框内是辅助电源装置的功能方块图，下方虚线框内是辅助整流器的功能方块图。 二、

19、CRH2动车组辅助供电系统30CRH2辅助电源功能方框图 辅助电源装置辅助整流器31(三)辅助电源装置（APU）工作原理 牵引变压器 引变压器将架线电压25kV 变换成辅助电源装置的输入电压AC400V，同时也担负辅助电源装置对架线的绝缘作用。 输入滤波回路 输入滤波回路是降低从架线流入到脉冲整流器/逆变器上的高频电流。 IGBT 脉冲整流器 脉冲整流器将牵引变压器的单相交流输出电压变换成直流的恒定电压。控制方式使用了大容量IGBT的脉宽调制方式（PWM）。 如图所示如图所示二、CRH2动车组辅助供电系统32(三)辅助电源装置（APU）工作原理 DC 环形回路 滤波电容器将稳定的直流电压供给给

20、后段的逆变器。 IGBT 逆变器 逆变器将直流电压变换成为恒频恒电压的3 相交流电压。 AC 滤波回路 AC 滤波回路降低逆变器输出电压中的由于切换所产生的高频电压、使其输出畸变很小的正弦波。 输出接触器 输出接触器3phMK 担负切断和辅助电源装置间的负荷的作用。 二、CRH2动车组辅助供电系统33(三)辅助电源装置（APU）工作原理 辅助整流器（ARf） 1）二极管整流电路 整流电路通过二极管3 相全桥电路将APU的AC400V 输出电压进行变换、供给DC100V 电压。 2）可调电阻 可调电阻使直流输出电压具有如图所示的下垂特性。二、CRH2动车组辅助供电系统34(三)工作原理 v辅助电

21、源装置（APU）工作原理 辅助整流器（ARf） 2）可调电阻 可调电阻使直流输出电压具有如图所示的下垂特性。二、CRH2动车组辅助供电系统35v辅助电源装置（APU）工作电路原理 APU由APU输入辅助整流器、PWM三相输出逆变器、逆变器输出变压器、CVCF(稳压稳频)输出变压器、辅助变压器等构成。 辅助整流器柜由整流器变压器、辅助整流器构成。 二、CRH2动车组辅助供电系统36辅助电源装置（APU）电路示意图37v辅助电源装置（APU）工作原理 APU的输入电源是牵引变压器辅助绕组输出的AC400V，通过可控硅混合电桥变换成为直流电。该直流电通过PWM三相逆变器变换成为交流电，通过逆变器输出

22、变压器提供AC400V三相50Hz电源。 CVCF输出变压器将AC400V三相电源变换成单相AC220V、AC100V的稳压电源。 辅助变压器将牵引变压器辅助绕组的AC400变换成另一单相AC100V电源。 辅助整流器箱使用整流器变压器将APU的400V三相电压输出变压后，通过三相全波整流器，输出DC100V。 二、CRH2动车组辅助供电系统38辅助电源控制模块 39输入接触器 40辅助电源控制侧 41辅助电源输出侧 42辅助电源接线排 43返回返回（APU） 动作说明44v 辅助电源装置（APU）动作说明（1）起动条件 l 控制电源有DC100V（见 ）。 l 无重故障轻故障。 l 脉冲整流

23、器的输入电压在AC250V（50Hz）以上。 l 耐压试验连接器在运转的位置上。（2）起动动作 l供给控制电压后1 秒钟对CPU 进行初始化(见的脉冲)，接通ACK1（见） l脉冲整流器输入电压在250V 以上时作为架线电压确立、接通逆变器接触器IVK2、通过充电电阻对滤波电容器进行初期充电（见） 。如图所示如图所示二、CRH2动车组辅助供电系统45v辅助电源装置（APU）动作说明l 接通IVK2，2 秒钟后接通IVK1、不用充电电阻对滤波电容器进行直接充电（见 ） 。l 接通IVK1，2 秒钟后断开IVK2、接通脉冲整流器的闸控。（见）l 逆变器的输入电压（脉冲整流器的输出电压）达到DC60

24、0V 时作为输入电压确立，1 秒钟后接通逆变器的闸控。（见）l 接通逆变器的闸控0.3 秒钟后、逆变器的输出电压达到AC400V。 （见）l 接通IVK1，0.5秒钟后接通3phMK，输出交流电。如图所示如图所示二、CRH2动车组辅助供电系统46v 辅助电源装置（APU）动作说明（3）运转状态的显示 CPU 初始化后、在基板的LED 上显示下面运转状态。 l H-00： CPU 初始化后、或静态逆变器SIV 停止（所有的开关、闸控都在未接通的状态）。 l H-10：DCHK闭合 l H-15：IVK2闭合 l H-20： IVK1闭合 l H-30： 接通脉冲整流器闸控的状态。 l H-40：

25、 逆变器输入电压确立的状态（DC600V 以上）。 l H-50： 接通逆变器闸控的状态。如图所示如图所示二、CRH2动车组辅助供电系统47v 辅助电源装置（APU）动作说明在H-50 状态下,最初显示H-50 ， 然后顺序地显示以下的值。 交流输出相电流：IU,IV,IW； 交流输出线间的电压：UV,VW,WU； 输出频率：F； 架线电压：L； 脉冲整流器输出电压：VC； 脉冲整流器输入电压：CI。以上显示完成后，仍然显示H-00 如图所示如图所示二、CRH2动车组辅助供电系统48v 辅助电源装置（APU）动作说明（4）停止条件 l 控制电源无DC100V 时。 l 有轻故障、重故障时。 l

26、 耐压试验连接器不在运转位置时。（5）停止动作 有停止条件时，停止以下的全部控制信号： IVK1 接通信号、脉冲整流器接通信号、逆变器接通信号、3phMK 接通信号。二、CRH2动车组辅助供电系统49v辅助电源装置（APU）动作说明保护说明 （1）保护的种类 APU 的保护根据有无再起动分为轻故障和重故障两大类。 保护的种类保护的种类动动 作作轻故障轻故障APU 停止后进行自动重新启动。监视发生轻故障后停止后进行自动重新启动。监视发生轻故障后60 秒秒钟以内是否发生第二次轻故障，不发生的情况下则中止钟以内是否发生第二次轻故障，不发生的情况下则中止监视继续进行通常的动作。监视继续进行通常的动作。

27、重故障重故障APU 停止，不自动重新启动。停止，不自动重新启动。二、CRH2动车组辅助供电系统50v辅助电源装置（APU）故障保护工作原理 动车组各供电系统上均设置有各自独立的接地开关。在列车信息控制系统和辅助电源装置之间设置自诊断功能接口，由列车信息控制系统实施。辅助电源装置的故障保护功能有22项： l 输入过电流（CONVOCD） l 变流器过压（INVOVD） l 变流器过流（INVFO） l 变流器过载（IAOC） l 输出过压（ACOVD） l 输出低电压（ACLVD） l 输出短路（ACOSC） l 检测接地（GFD）二、CRH2动车组辅助供电系统51n辅助电源装置的故障分类n重故

28、障1：7项n重故障2：5项n轻故障：10项辅助电源装置的故障检测图二、CRH2动车组辅助供电系统52n重故障保护动作n通过一次故障检测，闸控全部OFF后，为重故障。（不进行自动再起动）nnIVK1、IVK2、3PhMK一起断开，秒之后DCHK断开，故障闭锁。nn通过车上复位（外部复位）、地板下APU的复位（局部复位），或控制电源关闭投入（秒以上），进行再起动操作。 二、CRH2动车组辅助供电系统53n重故障2保护动作n通过一次故障检测，闸控全部OFF后，为重故障。nnIVK1、IVK2、3PhMK一起断开，秒之后DCHK断开，故障闭锁。n（IVK1、IVK2、DCHK只在输入接触器不断开、输入

29、接触器不断开时继续闭合。）nn不接受车上复位（外部复位）的操作。n通过地板下APU的复位（局部复位），或者控制电源关闭投入（秒以上）时，可能复位。二、CRH2动车组辅助供电系统54n轻故障保护动作：n故障发生之后，闸控全部OFF。IVK1、IVK2、3PhMK断开，为轻故障。（DCHK只在逆变器输入过电压的情况下断开）nnAPU自动复位n60秒之间再次发生故障n60秒之间没有再次发生故障 n 和重故障同样处理 n继续运行 二、CRH2动车组辅助供电系统55vDC100V系统工作原理 辅助整流器箱使用整流器变压器将APU的400V三相电压输出变压后，通过三相全波整流器，输出稳压DC100V，向车辆的控制电源、车厢照明、蓄电池、插座、服务设备等供电。 DC100V系统可由102、103线两条线供电。 通常是由103线供电，架线停电时，通过操作应急灯切换接触器，将电源由103线切换到102线的同时，即可向广播装置，应急灯等最低限度所需的设备供电。 二、CRH2动车组辅助供电系统56DC100V系统工作原理返回返回57n 102线系统n由蓄电池提供的电源随时成为接通的使用状态，为辅助电动空气压缩机、受电弓及真空断路器（VCB）等