摘要：介紹了廣州新線蓄電池電力工程車的主要技術(shù)特點(diǎn)，對(duì)電氣系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及設(shè)計(jì)難點(diǎn)進(jìn)行分析說(shuō)明，并探討了關(guān)鍵設(shè)計(jì)項(xiàng)點(diǎn)的平推及應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：蓄電池電力工程車;電氣系統(tǒng);設(shè)計(jì)

0引言

現(xiàn)代軌道交通裝備越來(lái)越趨于向多種供電模式發(fā)展，雙能源的蓄電池電力工程車因其低污染性、零排放性及高可靠性，已基本取代內(nèi)燃機(jī)車，被廣泛應(yīng)用于地鐵線路工程維護(hù)及地鐵車輛檢修，目前已成功運(yùn)用在新加坡、澳大利亞及國(guó)內(nèi)的香港、廣州等地區(qū)。廣州新線蓄電池電力工程車，是在消化吸收既有工程車設(shè)計(jì)平臺(tái)的基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新的成果。該車型集成了雙DCU(牽引控制單元)設(shè)計(jì)、核心控制冗余設(shè)計(jì)、硬線邏輯冗余控制設(shè)計(jì)等特點(diǎn)，滿足廣州地區(qū)地鐵車輛的檢修及應(yīng)急牽引需要。

1電氣系統(tǒng)

1.1主傳動(dòng)系統(tǒng)

不同于傳統(tǒng)地鐵車輛的主傳動(dòng)系統(tǒng)，廣州新線蓄電池電力工程車主傳動(dòng)系統(tǒng)集成了接觸網(wǎng)供電、第三◆研究開發(fā)◆Vol.41No.3May20th，2018軌供電、牽引蓄電池供電及其相應(yīng)的供電模式轉(zhuǎn)換控制電路等。因此，牽引蓄電池電壓的參數(shù)選擇，多種供電模式下牽引電路的集成設(shè)計(jì)及與其他部分電路的匹配方式等，成為廣州新線蓄電池電力工程車主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。廣州地鐵供電系統(tǒng)有第三軌DC1500V和接觸網(wǎng)DC1500V兩種供電方式，在網(wǎng)軌巡檢時(shí)(第三軌和接觸網(wǎng)斷電)，整車由DC800V牽引蓄電池供電。

針對(duì)上述三種供電方式，廣州新線蓄電池電力工程車采用集成控制電路，通過(guò)軟件控制接觸器實(shí)現(xiàn)三種供電模式的平滑切換;并在硬線電路中使用接觸器輔助觸點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)供電模式控制的硬線互鎖，保證單一供電模式的有效性和可靠性。

廣州新線蓄電池電力工程車的牽引變流器采用雙DCU控制，將兩個(gè)轉(zhuǎn)向架的牽引電器分開控制(架控)。在多種供電模式的控制電路中，為確保供電模式信息的傳輸有效性，供電模式確認(rèn)信息分別通過(guò)MVB和硬線送給兩個(gè)DCU控制模塊。其主電路中高速斷路器的控制指令來(lái)自DCU，為保證單個(gè)DCU隔離控制時(shí)不影響高速斷路器閉合，在高速斷路器的控制回路中增加了單DCU隔離控制回路。

1.2輔助系統(tǒng)

輔助系統(tǒng)由輔助逆變器和輔助供電回路組成，為整車提供AC380V和AC220V輔助電源。輔助逆變模塊前端配置相應(yīng)的電壓(電流)傳感器，由電壓傳感器檢測(cè)系統(tǒng)前端輸入電壓范圍后，閉合預(yù)充電接觸器，首先對(duì)直流電容進(jìn)行充電;當(dāng)電壓傳感器檢測(cè)到電容電壓與輸入電壓一致后，斷開預(yù)充電接觸器，閉合短接接觸器，向后續(xù)回路供電。

控制單元向變流器模塊給出逆變脈沖，逆變環(huán)節(jié)變頻啟動(dòng)，輸出SPWM波，并通過(guò)電感與電容組成的LC濾波器，把SPWM波轉(zhuǎn)換成正弦波。DY型連接變壓器對(duì)交流電壓進(jìn)行隔離，并給出中性點(diǎn)，即向輔助負(fù)載提供三相四線AC380V，50Hz或AC220V的交流電源。輔助系統(tǒng)中集成的斬波充電系統(tǒng)，由充電模塊和斬波電抗器組成，結(jié)合整車控制系統(tǒng)進(jìn)行了邏輯上的優(yōu)化設(shè)計(jì)，并通過(guò)單獨(dú)配置的可操作性較強(qiáng)的開關(guān)實(shí)現(xiàn)充電的自主控制。

接觸網(wǎng)和第三軌充電，可通過(guò)主電路供電回路與充電機(jī)集成，庫(kù)內(nèi)電源提供與電網(wǎng)相同電壓，可以共用電網(wǎng)供電時(shí)的充電電路，再送到已有的充電電路;并通過(guò)斬波電抗器的濾波，提供充電電源。這樣緊湊型的設(shè)計(jì)，有利于控制整車重量及尺寸。

1.3控制系統(tǒng)

電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性導(dǎo)致工程車控制系統(tǒng)較為復(fù)雜，因此選用帶有網(wǎng)絡(luò)功能的微機(jī)控制系統(tǒng)，主要完成對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)的主要設(shè)備的控制，設(shè)備監(jiān)控，以及整車故障信息的提示。工程車的牽引和制動(dòng)控制、運(yùn)行信息和主要設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視、以及診斷系統(tǒng)采用分布式總線控制方式。微機(jī)控制系統(tǒng)采用中央控制單元集中控制，中央控制單元完成車輛控制、事件記錄以及網(wǎng)關(guān)功能;采用分布式的信號(hào)采集及執(zhí)行模式，信號(hào)輸入輸出由數(shù)字量輸入輸出模塊、模擬量輸入輸出模塊完成。此外，中央控制單元通過(guò)MVB總線與子控制系統(tǒng)、人機(jī)接口設(shè)備實(shí)現(xiàn)通訊。子控制系統(tǒng)包括牽引傳動(dòng)控制單元、輔助變流器控制單元、制動(dòng)控制單元以及人機(jī)接口設(shè)備。

2主要技術(shù)特點(diǎn)

2.1多電源制式供電的主傳動(dòng)系統(tǒng)

廣州新線蓄電池電力工程車主傳動(dòng)系統(tǒng)集成了接觸網(wǎng)、第三軌和牽引蓄電池等三種供電方式。其供電主回路中加入二極管截流設(shè)計(jì)，在硬件上有效避免接觸網(wǎng)或者第三軌在供電時(shí)引起串電，提高機(jī)車系統(tǒng)使用安全;并通過(guò)硬件互鎖設(shè)計(jì)與軟件控制相結(jié)合的方式，有效防止多電源同時(shí)供電。當(dāng)然，多電源制式的供電方式，也對(duì)工程車牽引系統(tǒng)的電源適用范圍提出了更高的要求。

2.2輔助系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)

考慮制動(dòng)系統(tǒng)風(fēng)源的持續(xù)性，廣州新線蓄電池電力工程車輔助系統(tǒng)中配置了空壓機(jī)應(yīng)急電源，僅用于給壓縮機(jī)供電，以保證制動(dòng)系統(tǒng)的風(fēng)源。由于僅用于給壓縮機(jī)供電，空壓機(jī)應(yīng)急電源在電網(wǎng)供電時(shí)會(huì)顯得比較浪費(fèi)，而且三種供電模式下輔助變流器的輸入電壓相差較大，控制起來(lái)復(fù)雜，輸出電壓的品質(zhì)也會(huì)受到影響，因此僅考慮DC800V供電模式下的方案.空壓機(jī)應(yīng)急電源在待機(jī)狀態(tài)時(shí)，其輸出與工程車的輔助變流器AC380V輸出之間應(yīng)有斷路器隔斷，并具備輸出端有電檢測(cè)功能;在檢測(cè)到輸出端有外部電壓時(shí)禁止提供輸出，而同時(shí)未檢測(cè)到DC110V啟動(dòng)信號(hào)，禁止輸出，以防止兩種不同相位及對(duì)地電壓的AC380V短路。在提供輸出過(guò)程中，應(yīng)能承受空壓機(jī)供電中斷(即接觸器34-K01跳開)無(wú)故障，應(yīng)急電源3s內(nèi)將輸出電壓降低到100V/10Hz，且內(nèi)部接觸器保持吸合，以保證下一階段的立即變頻啟動(dòng)需求。