CRH5 型動車組輔助變流器的研究

吉林鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院 李萬鵬 滕莉娜 鄭濤

引言

隨著動車組的引進、消化、吸收工作的不斷推進，動車組已經(jīng)成為我國主流的交通運輸工具，輔助變流器作為動車組輔助供電系統(tǒng)的核心元件，直接影響著列車關(guān)鍵部件的冷卻系統(tǒng)、伴熱系統(tǒng)、與乘客舒適度相關(guān)的空調(diào)系統(tǒng)的正常工作[1]，是列車牽引系統(tǒng)穩(wěn)定工作的前提。

近些年，國內(nèi)學(xué)者針對動車組輔助供電系統(tǒng)及輔助變流器元件做了大量研究。上海鐵路局上海動車段趙雯以CRH3 型動車組輔助變流器為研究對象，分析該車型在檢修過程中發(fā)現(xiàn)的輔助變流器故障，并提出改進措施，以達到降低故障率的預(yù)期目標(biāo)[2]。新疆鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院崔秀軍以四種不同類型的動車組作為研究對象，通過進行有效的對比以及具體情況的分析，使技術(shù)工作者認清輔助電氣系統(tǒng)的運行機理，以及具體的工作流程[3]。西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院張應(yīng)和以動車組輔助電源系統(tǒng)為研究對象，對其供電方式和結(jié)構(gòu)進行分析和研究，得出了三相交流輔助電源和輔助整流裝置的輸出電壓- 電流特性[4]。

本文重點介紹CRH5 型動車組的輔助變流器的結(jié)構(gòu)和工作原理，對輔助變流器的常見故障原因進行分析并給出處理方法，以便于工作者掌握。

1 輔助變流器的結(jié)構(gòu)

CRH5 型動車組輔助變流器與牽引變流器處于同一箱體中，輔助變流器在該模塊中的位置見圖1。

輔助變流器采用IGBT 二級變換形式，電路包括：單級線路隔離開關(guān)（KAUX）、輸入濾波器、斬波器、高頻變壓器、單相整流橋、中間濾波器、三相輔助逆變器、輸出濾波器、EMI 濾波器、輸出接觸器（TLU）、輔助變流器控制器（ACU）、手動隔離開關(guān)（SMT400）。

2 輔助變流器的工作原理

當(dāng)25KV 的高壓電經(jīng)車頂主變壓器的原邊繞組后，進入到牽引變流器的電壓為AC1770V，進入牽引變流器后首先經(jīng)過四象限脈沖整流器，變?yōu)镈C3600V[5]，直流電通過圖1 中4.8LAD 和BD 輸入，通過LAUX 進行濾波，進入斬波器，斬波器前端采用4個1200A IGBT 構(gòu)成2 個輔助斬波器，可以把直流電變成單相交流電，通過2 個600A IGBT 和8 個整流二極管將輸出的單相交流電變?yōu)橹绷麟姡虚g環(huán)節(jié)的直流電采用三相兩電平的IGBT 逆變器進行逆變，該逆變器則是由6 個1200A 的IGBT 和反并聯(lián)的二極管構(gòu)成的輔助逆變器，從而輸出功率比較大的三相交流電，同時，為了保證輸出濾波的品質(zhì)，采用了LU1、LU2、LU3 的電感和CU1、CU2、CU3 電容模擬濾波器以及EMI 的抗電磁干擾濾波器對三相交流電進行濾波，通過這種組合輸出穩(wěn)定的三相交流電，輔助變流器工作原理參見圖2。

圖2 輔助變流器工作原理示意圖

3 輔助變流器常見故障及處理

CRH5 型動車組共設(shè)有5 臺輔助變流器，分別安裝在Mc2、M2s、M2、Mh、Mc1 車上，每臺輔助變流器給予其連接的三相AC380V/50Hz 線路的中壓負載（空氣壓縮機、冷卻通風(fēng)機）和充電機供電。為了保證中壓線路的供電正常，動車組的Tp、T2、Tpb車上配置有接觸器箱MT1、MT2、MT3，接觸器箱內(nèi)設(shè)有接觸器KL1~KL4，允許在正常情況下切換中壓線路。

當(dāng)5 臺輔助變流器均未出現(xiàn)故障的情況下，Mc2 車上的輔助變流器需要給Mc2 車負載和Tp 車La 負載進行供電，M2s 車上的輔助變流器需要給M2s 車負載和Tp 車Lb 負載進行供電，M2 車上的輔助變流器需要給M2 車上La 和Lb 負載和T2 車上La 和Lb 負載進行供電，Mh 車上的輔助變流器需要給Mh 車負載和Tpb 車Lb 負載進行供電，Mc1 車上的輔助變流器需要給Mc1 車負載和Tpb 車La 負載進行供電，此時，僅T2 車上的MT3接觸器箱中的KL1~KL4 接觸器閉合，其余接觸器箱中的接觸器均斷開，輔助變流器工作時中壓接觸器關(guān)斷狀態(tài)如圖3 所示。T2 車La 負載和M2 車La 負載供電。

圖3 輔助變流器工作時中壓接觸器關(guān)斷狀態(tài)

以上給出了4 種輔助變流器發(fā)生故障后，通過拖車上配置的接觸器來切換中壓線路，保證了列車所有負載的正常工作，除以上情況外，還可能發(fā)生的情況有：Mc2 和Mc1 車上的輔助變流器發(fā)生故障、M2 和Mh 車上的輔助變流器發(fā)生故障和M2s 和Mc1 車上的輔助變流器發(fā)生故障等，若發(fā)生以上故障，各中壓接觸器箱內(nèi)的接觸器詳細關(guān)斷情況見表1，其中c 代表閉合，o 代表斷開。

表1 中壓箱各接觸器的詳細關(guān)斷情況

當(dāng)5 臺輔助變流器出現(xiàn)故障時，可通過拖車上的接觸器箱內(nèi)的接觸器進行組合，從而為中壓負載進行供電，下面列舉幾種關(guān)斷情況:

（1）當(dāng)Mc2 或Mc1 車輔助變流器出現(xiàn)故障時，可將Tp 車或Tpb 車上MT1 箱內(nèi)KL3 接觸器閉合，T2 車上的MT3 箱中的KL1~KL4 接觸器閉合，其余接觸器箱中的接觸器均處于斷開的狀態(tài)，此時，M2s 或Mh 車上的輔助變流器除了給本車負載和Tp或Tpb 車上的Lb 負載供電外，還需要給Mc2 車或Mc1 車負載和Tp 或Tpb 車上的La 負載供電。

（2）當(dāng)M2 車輔助變流器出現(xiàn)故障時，可將M2 車MT2 箱內(nèi)接觸器KL2 和KL4 閉合，T2 車上的MT2 箱中的接觸器KL2 和KL4 閉合，T2 車上的MT3 箱中的接觸器均斷開同Mh 車和Mc1車隔離，其余接觸器箱中的接觸器均處于斷開的狀態(tài)，此時，Mc2車上的輔助變流器除了給本車負載和Tp 車上的La 負載供電外，還需要給M2 車上的La 負載供電，M2s 車上的輔助變流器除了給本車負載和Tp 車上的Lb 負載供電外，還需要給M2 車上的Lb 負載供電，Mc1 車上的輔助變流器除了給本車負載和Tpb車上的La 負載供電外，還需要給T2 車上的La 負載供電，Mh 車上的輔助變流器除了給本車負載和Tpb 車上的Lb 負載供電外，還需要給T2 車上的Lb 負載供電。

（3）當(dāng)Mc2 和M2s 車輔助變流器出現(xiàn)故障時，可將Tp 車上MT1 箱內(nèi)KL3 接觸器閉合，M2 車MT2 箱內(nèi)接觸器KL1 閉合，T2車上的MT2 和MT3 箱中的接觸器KL2 和KL4 閉合，其余接觸器箱中的接觸器均處于斷開的狀態(tài)，此時，M2 車上的輔助變流器需給Mc2 和M2s 車上的負載和Tp 車上的La 和Lb 負載供電，Mc1 車上的輔助變流器除給本車供電外，還需要給Tpb 車La負載、T2 車La 負載和M2 車La 負載供電，Mh 車上的輔助變流器除給本車供電外，還需要給Tpb 車Lb 負載、T2 車Lb 負載和M2 車Lb 負載供電。

（4）當(dāng)Mc2 和M2 車輔助變流器出現(xiàn)故障時，可將Tp 車上MT1 箱內(nèi)KL3 接觸器閉合，T2 車上的MT2 箱中的接觸器KL2和KL4 閉合，T2 車上的MT3 箱中的接觸器KL2 和KL4 閉合，其余接觸器箱中的接觸器均處于斷開的狀態(tài)，此時，M2s 車上的輔助變流器除給本車供電外，還需給Mc2 車上的負載和Tp 車上的La 和Lb 負載供電，Mh 車上的輔助變流器除給本車供電外，還需要給Tpb 車Lb 負載、T2 車Lb 負載和M2 車Lb 負載供電，Mc1車上的輔助變流器除給本車供電外，還需要給Tpb 車La 負載、

綜上所述，每個輔助變流器最多能給三輛車的負載供電，所有輔助變流器不并機工作[6]，Mc2 車或M2s 車輔助變流器故障可通過Tp 車KL3 閉合實現(xiàn)擴展供電，Mh 車或Mc1 車輔助變流器故障可通過Tpb 車KL3 閉合實現(xiàn)擴展供電，Mc2 車和M2s 車或Mh 車和Mc1 車輔助變流器故障可通過M2 車供電，Mh 車輔助變流器故障時負載分別分給Mh 車、Mc1 車和Mc2 車、M2s 車。

4 結(jié)語

CRH5 型動車組中壓供電部分是動車組中壓設(shè)備正常運行的基礎(chǔ)，輔助變流器作為輔助供電系統(tǒng)的核心元件，直接影響著列車關(guān)鍵部件的冷卻系統(tǒng)、伴熱系統(tǒng)、與乘客舒適度相關(guān)的空調(diào)系統(tǒng)的正常工作，熟練掌握輔助變流器的結(jié)構(gòu)、工作原理有助于工作人員更好地排查、判斷和處理電路的故障，通過對輔助變流器的常見故障進行分析，得到了每個輔助變流器最多能給三輛車的負載供電，這樣能夠最大限度地保證列車穩(wěn)定運行，供工作人員借鑒。