城轨车辆辅助供电系统
广州地铁3号线北延段列车辅助供电系统应用与分析
广州地铁3号线北延段列车辅助供电系统应用与分析修铄（广州地铁集团有限公司运营事业总部，广东广州510000）摘要：城轨车辆辅助供电系统为列车内部设备的正常运行提供电源，目前广州地铁3号线北延段列车安装有两种辅助供电系统，分别为中车时代电气研发的国产辅助供电系统和西门子公司研发的辅助供电系统。
现介绍了辅助供电系统的定义及组成，通过对两种辅助供电系统的原理及实际应用情况进行对比分析，为后续城轨车辆辅助供电系统选型提供建议。
关键词：地铁列车；辅助逆变；比较分析１辅助供电系统的定义（1）辅助供电系统是指除为牵引动力系统之外的所有需要使用电力的负载设备提供电能的系统，包括辅助逆变系统和蓄电池系统。
（2）辅助供电系统的电力主要来自牵引供电接触网，经受电弓进入列车；当电力无法来自牵引供电接触网时，则采用外接电源（例如车间电源）或者蓄电池供电。
（3）辅助供电系统的负载设备主要包括牵引逆变器冷却风扇、辅助逆变器冷却风扇、空气压缩机、空调系统、各种电动阀门、头灯、车厢照明及各种服务性电气设备以及蓄电池充电器（当充电机采用AC／DC形式时）等。
此外，辅助供电系统还需为列车控制系统提供不间断的电源。
２辅助供电系统的组成２．１输入模块［１］辅助供电系统的输入模块主要包括主接触器、输入滤波器等，将直流电引入逆变模块。
２．２逆变模块辅助供电系统的负载大多采用三相交流电源，因而首先要通过辅助逆变模块将波动的直流网压逆变为电压和频率恒定的三相交流电。
２．３输出模块输出模块主要由输出变压器、正弦滤波器以及熔断器等相应设备组成。
直流网压通过逆变模块形成的交流电经由输出接触器以及熔断器对列车负载进行供电。
２．４直流电源（兼作蓄电池充电器）车辆上各个控制电器都由直流电源DC／DC供电。
车辆上蓄电池为紧急用电所需，所以DC110V控制电源同时作为蓄电池的充电器。
以上四个部分构成完整的辅助供电系统。
３西门子辅助供电系统与国产辅助供电系统对比分析现通过对这两种辅助供电系统的原理及实际应用情况进行对比分析，为后续城轨车辆辅助供电系统选型提供建议［2］。
城轨车辆辅助供电方式比较分析与应用
城轨车辆辅助供电方式比较分析与应用针对目前国内轨道交通领域城轨车辆采用的不同中压供电形式：扩展供电形式、交叉网络供电形式以及并联网络供电形式，通过介绍、分析和比较不同供电方式的特点，确定合理的供电设计方案，提高列车辅助供电系统的可靠性，确保降级工况时列车性能不受影响。
标签：城轨车辆；辅助供电；扩展供电；交叉供电；并网供电引言目前，在国内外轨道交通行业，辅助供电方式主要有三种，分别为扩展供电、交叉供电和并网供电。
辅助供电主要是由辅助逆变器输出交流380V为列车负载提供交流电源。
在国内外的轨道交通行业，早期地铁列车一直采用扩展供电方式和中压交叉网络供电形式（以下简称交叉供电），直到近年来开始采用中压并联网络供电形式（以下简称并网供电）。
采用扩展供电方式的地铁线路主要有天津1号线，采用交叉供电方式的比较典型的是深圳2号线，采用并网供电方式的主要有广佛线。
在长编组多辅助变流器的车辆上采用并网供电，当一个辅助变流器故障时基本不用减载，因此并网供电将成为未来的趋势。
文章将重点介绍这三种中压供电形式技术特点，并进行相关的性能比较和分析。
1 辅助供电系统1.1 辅助供电系统组成列车辅助供电系统主要负责对列车所有中低压辅助设备的供电，是列车最重要的系统之一，其稳定与否将直接影响列车牵引控制系统、空压机、空调等车上重要设备的正常工作。
辅助供电系统包括：辅助逆变器、充电机、蓄电池、高压母线（DCl500V）、中压母线（三相AC380V 50Hz）、低压母线（DC110V）、其他必须的辅助设备（继电器、接触器、空气开关、控制器）等。
1.2 扩展供电扩展供电方式一般在每半列车设置一个辅助变流器，每个辅助变流器为相近的半列车提供交流电源，一旦一个辅助逆变器故障，另一个辅助逆变器将为整列车提供交流电源，同时减载。
扩展供电属于早期车辆采用的供电方式，技术相对成熟。
由于扩展供电技术相对简单，是国外牵引供应商进入国内市场首推的技术，随着技术的革新，扩展供电方式已很少被国外的牵引供应商所采用。
地铁列车供电系统研究与分析
地铁列车供电系统研究与分析摘要：城市轨道的车辆辅助电源系统是控制系统的重要组成部分，其主要任务是产生能够满足车辆控制用的低压电源、客室照明、空调及通风机组以及其它低压用电设备所需的各种不同电压和电功率。
辅助供电系统的供电质量与可靠性将直接影响到车辆运行安全及旅客舒适度。
研究和完善辅助供电系统性能，确保稳定、安全的列车供电是研究和设计人员主要的任务。
城轨列车供电系统包括牵引供电系统和辅助供电系统两部分。
牵引供电系统主要负责为机车提供牵引动力；辅助供电系统则负责为列车上除牵引系统主回路以外的辅助装置供电。
辅助供电系统主要包括辅助逆变器（DC/AC 变换器，简称 SIV）和低压电源（DC/DC 斩波器和蓄电池）。
其中，辅助逆变器提供 AC 380V 电源，主要负载有空调机、压缩机等；低压电源包括 DC 110V 和DC24V，负责给控制系统和应急负载供电。
辅助电源的运行性能直接影响到主电路的运行状态，列车的环境条件乃至整个列车的性能。
髙性能的辅助电源系统是保证列车稳定、安全运行的重要因素，因此对辅助逆变器的输出性能、可靠性以及使用寿命等性能指标也有较高的要求。
关键词：城轨车辆；牵引供电；辅助供电；逆变器前言：城市是人类活动的中心，是社会进步的标志。
随着经济和科技的快速发展，城市人口不断的增多，城市轨道交通日益演变成为城市公共交通客运系统的骨干，它主要包括地铁和轻轨。
在列车供电系统中，以电力电子器件为主的变流器控制系统也担当者重要角色。
列车的供电系统是列车能源和动力的提供者，更是列车安全高速运行的重要保障。
城市轨道车辆是在城市中运行于地下、地面或高架铁路上的公共交通运输工具。
城市轨道车辆通常为电力牵引，它主要包括城市快速列车、地铁车辆、轻轨车辆和有轨电车等[1]。
辅助供电系统是城轨车辆的一个重要组成部分，安装于拖车构架上。
当供电系统供电正常时，输入的直流电源经辅助逆变器逆变为交流电源，并向通风机、空调设备、电加热器、电动刮雨器、空气压缩机等三相负载和客室照明系统及控制系统设备供电；经直直变换器变换的直流电源供蓄电池充电及其他直流负载用电。
城轨车辆蓄电池供电及常见故障分析
城轨车辆蓄电池供电及常见故障分析【摘要】城轨车辆蓄电池是城市轨道交通系统中的重要组成部分，负责为车辆提供动力。
本文从城轨车辆蓄电池的作用、供电原理和常见故障进行了分析。
常见故障包括蓄电池寿命到期和内阻增大等情况。
在提出了城轨车辆蓄电池的重要性，并介绍了如何有效预防蓄电池故障，以及优化蓄电池的使用。
通过对城轨车辆蓄电池的深入理解和正确使用，可以确保城市轨道交通系统的正常运行，并有效延长蓄电池的使用寿命。
【关键词】城轨车辆，蓄电池，供电，故障分析，作用，原理，寿命，内阻，重要性，预防，优化usage1. 引言1.1 城轨车辆蓄电池供电及常见故障分析城轨车辆蓄电池是城轨交通系统中供电的重要组成部分。
蓄电池主要用于提供城轨车辆的辅助供电和启动电源，保证车辆正常运行。
在城轨车辆中，蓄电池的作用不可忽视，一旦出现故障会给运营带来严重影响。
常见的城轨车辆蓄电池故障包括蓄电池寿命到期和蓄电池内阻增大。
蓄电池使用时间过长或者内部电解液失衡会导致蓄电池寿命到期，需要及时更换。
而内阻增大可能是由于蓄电池老化或者充电不当引起的，也需要及时处理。
为了保证城轨车辆的正常运行，我们需要重视蓄电池的重要性，有效预防蓄电池故障的发生，并优化城轨车辆蓄电池的使用，延长其使用寿命，提高城轨车辆的运行效率。
有效的管理和维护城轨车辆蓄电池，对保障城市交通运输的安全和稳定起着至关重要的作用。
2. 正文2.1 城轨车辆蓄电池的作用城轨车辆蓄电池是城市轨道交通系统中非常关键的部件之一，其作用主要体现在以下几个方面：1.供电备用：城轨车辆蓄电池可以作为供电系统的备用电源，当接触网或第三轨供电出现故障时，蓄电池可以及时为车辆提供电力，确保车辆正常运行。
2.启动辅助：城轨车辆启动时通常需要较大的电力支持，蓄电池可以提供瞬时高电流，帮助车辆顺利启动。
3.调压稳流：蓄电池可以在电网波动或突发负载时，作为电力调压器，保持车辆电气系统的稳定。
4.辅助系统供电：城轨车辆内部有许多辅助系统需要电力支持，如空调、照明等，蓄电池可以为这些系统提供持续电力。
城轨车辆辅助供电系统结构组成
任务流程1
自举电池：90节串联，蓄电池组容量4Ah，短时工作，每18个月更换 使用场合：当主蓄电池电压小于77V时，A车逆变器无法正常起动，
用应急起动电池升起受电弓，以起动A车逆变器。 注 意：逆变器紧急起动每次1min，允许启动5次。
1. 辅助系统的构成方案
（1）斩波器稳压再逆变，变压器降压隔离； （2）三点式逆变器逆变，变压器降压隔离； （3）电容分压双重逆变，隔离变压器构成12脉冲； （4）二点式逆变器逆变，滤波器与变压器降压隔离； （5）直—直变换，高频变压器隔离再逆变。
组 成：5个单节/格× 16格共80节蓄电池串联而成蓄电池组 安装位置：A车下的蓄电池箱内 参 数：纤维结构电极的镍镉碱性蓄电池
标称电压1.23V/节。蓄电池组容量120Ah，工作寿命20年 作 用：DC110V的备用电源
工作模式：
任务流程1
——主供电系统接通前，为蓄电池预备模式，给列车激活供电。 ——直流电源正常工作时，蓄电池组被A车电源浮充电，作电路滤波
装置，改善直流电源供电质量。 ——直流电源故障时，蓄电池转入紧急工作模式，为紧急负载供电
一般规定：在隧道中运行车辆要保证供电45min，在地面或高架 运行车辆要保证供电30min。 。
紧急负载包括：紧急照明，头灯、尾灯、状 态灯及位置灯，通信设备，空调50%的紧急通 风，以及相应的接触器和继电器。
4．蓄电池——应急启动电池
3.辅助系统设备的供电方式
任务流程2
3.1分散供电：每单元配备多个静止逆变器供电方式
地铁车辆（2M1T，6节编组）
每节车辅助逆变器容量75～80kVA，DC110V电源功率约25kW
3.1分散供电：每单元配备多个静止逆变器供电方式 任务流程2
城轨交通供电系统
10kV
区域变电所
10kV
10kV
10kV
10kV 10kV
10kV
牵引或降压变电所
• 3.混合式供电 将前两种供电方式结合起来，一般以集中式
供电为主，个别地段引入城市电网电源作为集中 式供电的补充，使供电系统更加完善和可靠。北 京地铁一线和环线、建设中的武汉轨道交通工程 、青岛地铁南北线工程等即为混合式供电方案。
• 五、供电方式
• 1.集中式供电 在城市轨道交通沿线，根据用电容量和线路
长短，建设专用的主变电所。主变电所进线电压 一般为110kV，经降压后变成35kV或10kV，供 牵引变电所与降压变电所。主变电所应有两路独 立的进线电源。集中式供电，有利于城市轨道交 通供电形成独立体系，便于管理和运营。上海、 广州、南京、香港、德黑兰地铁等。
• 集中供电方式的优点：
• （1）可靠性高，便于集中统一调度和集中管理。
• （2）施工方便，维护容易，电缆敷设径路比较好走。
• （3）抑制谐波的效果较好。为减少谐波对电网的影响和 危害，一是采用较高脉波（24脉波）整流机组，二是选用 较高电压（110kV）的电源，因为大容量、高电压电网的 承受能力强，同时国标规定的谐波总畸变率和谐波电压含 有率比小容量、低电压电网要低得多，而且也有利于今后 集中采取高次谐波防治措施。
中压网络
城市电网 主变电所
牵引或降压变电所
• 2.分散式供电 在地铁沿线直接由城市电网引入多路电源构
成供电系统。一般为10kV电压级。分散式供电要 保证每座牵引变电所和降压变电所均获得双路电 源，要求城市轨道交通沿线有足够的电源引入点 及备用容量。建设中的沈阳地铁、长春轻轨、大 连轻轨、北京城铁、北京八通线、北京地铁5号线 等
城轨车辆辅助供电系统交叉并网供电模式的探讨
城轨车辆辅助供电系统交叉并网供电模式的探讨作者：张帝来源：《中国科技纵横》2018年第15期摘要：城轨车辆的运行，需借助电力资系统而实现。
建立车辆辅助供电系统交叉并网供电模式，有助于提高供电的连续性及稳定性。
基于此，本文简要介绍了城轨车辆辅助供电系统的类型，并对系统的负载及供电需求进行了分析。
重点从并网模式的设备配置、控制方式、参数设计、整流器与逆变器的控制四方面，对该模式的实现方案进行了总结，仅供相关人员参考。
關键词：城轨车辆；辅助供电系统；交叉并网供电模式中图分类号：U231.8 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）15-0051-02随着城市轨道交通客流量的不断加大，交通领域对车辆可靠性的要求逐渐提升。
电力能源，是城市轨道车辆运行所需的主要能源。
根据供电系统及供电模式的不同，电力能源的供应效果同样不同。
实践发现，将辅助电路AC 380V以及DC 110V，应用到城轨车辆辅助供电交叉并网供电模式中，可有效提高供电的稳定性。
因此，有必要对上述模式的实现方式加以研究。
1 城轨车辆辅助供电系统的供电模式城轨车辆辅助供电系统的供电模式，包括交叉供电、扩展供电，以及并网供电三种[1]。
不同模式的特点及实现方式如下：（1）交叉供电：该供电模式下，车辆中，每个辅助变流器，均需单独对某一负载进行供电。
此时，如变流器出现故障，负载的功能将无法实现，车辆运行的稳定性，同样会有所下降。
（2）扩展供电：该供电模式下，车辆每个辅助变流器，均需对相应单元的中压负载进行供电。
采用上述方式供电，如变流器出现故障，隔离故障逆变器，会立即将供电接触器进行扩展。
进而确保故障范围内的负载，能够继续稳定的运行。
（3）并网供电：该供电模式下，城轨车辆中，辅助变流器均需由母线供电。
当变流器出现故障后，将其自供电系统中断开，负载则仍能够稳定的运行。
通过对三种供电模式的对比及分析发现，将交叉并网供电模式，应用到城轨车辆的辅助供电系统中，将能够更大程度的满足车辆的运行需求。
中职教育-《城市轨道交通车辆构造》课件：单元八 辅助电源系统装置(一)(邱志华 主编 人民交通出版社).ppt
门系统 外部指示灯 客室内指示灯
头灯
110V负载
列车广播控制 闪灯报站装置
LCD 显示屏
监控系统 PIDS控制设备
无线通信 SIV控制 空调控制 蓄电池充电 紧急通风
24V负载 仪表灯 防护灯
电笛
刮雨器
ATP、ATO
单元八 辅助电源系统装置
二、辅助供电方案介绍
1．辅助电源系统方案 车辆辅助电源系统大都采用IGBT来构成，其方案大致 有以下几种：
。由变压器基本原理得知，50Hz变压器其体积与质
量较大，而高频变压器其体积与质量则成倍地减小
。
•
对于DC110 V控制电源，由于容量不大，约
25KW。一般将AC380V通过整流器整流输出DC110V电
源，而现今国内外多采用直一直变换与高频变压器
隔离方式，这也是成熟的技术。
单元八 辅助电源系统装置
五、紧急通风逆变器
1)、斩波稳压再逆变，加变压器降压隔离。 2)、三点式逆变器加变压器降压隔离。 3)、电容分压两路逆变，加隔离变压器构成12脉 冲方案。 4)、二点式逆变器加滤波器与变压器降压隔离。 5)、直一直变换与高频变压器隔离加逆变的方案。 这些方案各有其特点，而且都能满足地铁或轻轨 车辆的要求。
单元八 辅助电源系统装置
单元八 辅助电源系统装置
• 2、 集中供电 每单元只配一台静止逆变器的供 电方式称为集中供电方式。
单元八 辅助电源系统装 置
四、变压器隔离
•
为了人身安全，低压系统及控制电源必须实现
与高压网压系统DC1500V的电气电位上的隔离。最
佳且最实用的隔离方式是采用变压器隔离。变压器
隔离有50Hz变压器隔离和高频变压器隔离两种方式
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项目四 城市轨道交通车辆辅助供电系统
项目描述（二）：
➢ 辅助系统供电方案：旋转式电动发电机组供电和静止式辅助逆变电源
旋转式电动发电机组供电
——电动机从受电装置获取直流电源，发电机输出三相交流电压 向负载供电；对于直流DC110V和DC24V部分的用电设备， 仍需通过三相变压器和整流装置变换后提供电源。
——特点：机组设备体积大、输出容量小、效率低，而且电源易 受直流发电机组工况变化的影响，输出电压波动大，可靠性 较差。
——应用车型：传统的城市轨道交通车辆上常采用此供电方案。
城 市 轨 道 交 通 车 辆 电 气19:2控2:19制
项目四 城市轨道交通车辆辅助供电系统
项目描述（三）：
➢ 辅助系统供电方案：旋转式电动发电机组供电和静止式辅助逆变电源
一般规定：在隧道中运行车辆要保证供电45min，在地面或高架 运行车辆要保证供电30min。 。
紧急负载包括：紧急照明，头灯、尾灯、状 态灯及位置灯，通信设备，空调50%的紧急通 风，以及相应的接触器和继电器。
城 市 轨 道 交 通 车 辆 电 气19:2控2:19制
项目四 城市轨道交通车辆辅助供电系统
城 市 轨 道 交 通 车 辆 电 气19:2控2系统
4．蓄电池
任务流 程1
组 成：5个单节/格× 16格共80节蓄电池串联而成蓄电池组
安装位置：A车下的蓄电池箱内
参 数：纤维结构电极的镍镉碱性蓄电池
标称电压1.23V/节。蓄电池组容量120Ah，工作寿命20年
静止式辅助逆变电源
——直接从城轨车辆受流装置受电，经DC/ DC斩波变换后向三 相逆变器提供稳定的输入电压，VVVF变频调压控制，逆变 器输出三相交流电压。
——特点：输出电压的品质因数好、电源使用效率高、工作性能 安全可靠。
——应用车型：近年京、沪、广等城市引进的城轨车辆上采用。
城 市 轨 道 交 通 车 辆 电 气19:2控2:19制
。
城 市 轨 道 交 通 车 辆 电 气19:2控2:19制
项目四 城市轨道交通车辆辅助供电系统
任务流 程1
2．直流电源 直流DC110V电源，车辆上控制电路的供电电源。同时兼 作蓄电池的充电器，在正常工作时对蓄电池充电。
3. 隔离变压器 保证电气设备及操作人员的安全，将高压用电设备与低压用电 设备，尤其是需要人工操作的设备，进行电气隔离。通过设计 不同的匝数比来满足不同的电压等级。
项目一 城市轨道交通车辆电气控制系统构成
城市轨道交通车辆电气 控制
城 市 轨 道 交 通 车 辆 电 气19:2控2:19制
项目四 城市轨道交通车辆辅助供电系统
项目四
城市轨道交通车辆辅助供电系统
城 市 轨 道 交 通 车 辆 电 气19:2控2:19制
项目四 城市轨道交通车辆辅助供电系统
1. 学 习 目 标 2. 项 目 导 入 3. 学 习 任 务
任务一 车辆辅助系统设备 任务一 实例分析辅助电路工作
4. 拓 展 任 务
任务一 静止逆变器的控制 任务一 城轨交通车辆辅助系统维护
城 市 轨 道 交 通 车 辆 电 气19:2控2:19制
项目四 城市轨道交通车辆辅助供电系统
学习目标：
1．掌握城轨车辆辅助供电系统的基本类型； 2．掌握城轨车辆辅助供电系统的结构组成； 3．掌握城轨车辆辅助供电系统的选用原则； 4．掌握城轨车辆中、低压供电电路的逻辑分析； 5．会分析城轨车辆照明电路的工作原理与控制逻辑； 6．掌握城轨车辆应急供电的工作原理； 7．会分析城轨车辆正常受流供电和车间供电的逻辑关系； 8．了解城轨车辆静止逆变器的控制； 9．熟悉城轨车辆辅助系统的维护与保养。
4．蓄电池——应急启动电池
任务流 程1
自举电池：90节串联，蓄电池组容量4Ah，短时工作，每18个月更换 使用场合：当主蓄电池电压小于77V时，A车逆变器无法正常起动，
畸变因数<10％
输出电压不均衡度 输出频率
相间对称平衡时<1％ 50×(1+1％)Hz
输入电压范围 DCl500V：1000～1800V范围输出额定功率 DC750V：500～900V范围输出额定功率
保护
IP等级
效率
全负荷时>90％
噪声
相距一定距离的分贝，如相距时小于70dB
过载能力
瞬间过载能力强
GB-12668中规定：在额定输出电流下连续工作时，允许施加非周期 性过载，对额定容量小于或等于100kVA的装置，过载能力150％时 为1min ；对额定容量大于100kVA的装置，过载能力130％时为30s
霜器、方便插座、客室照明及刮雨器等。
有的车上客室照 明、雨刮器用 DC110V供电
有的车上因所有辅 助设备都用自然风
冷，不设通风机
城 市 轨 道 交 通 车 辆 电 气19:2控2:19制
项目四 城市轨道交通车辆辅助供电系统
1.1 辅助逆变器技术要求
任务流 程1
输出电压波动范围
±5％
输出电压波形畸变
城 市 轨 道 交 通 车 辆 电 气19:2控2:19制
项目四 城市轨道交通车辆辅助供电系统
项目描述（一）：
➢ 辅助系统的功能： 为空调、通风机、空压机，蓄电池充电器及照明等辅 助设备供电。
➢ 辅助系统的供电方案：两种。 ——旋转式电动发电机组供电 ——静止式辅助逆变电源
城 市 轨 道 交 通 车 辆 电 气19:2控2:19制
项目四 城市轨道交通车辆辅助供电系统
学习任务1
任务流程1 车辆辅助系统结构组成
辅助供电系统：辅助逆变器、低压电源装置、蓄电池和相关电气 设备以及隔离开关、接触器、故障转换装置等。
1．辅助逆变器 辅助逆变器又称静止逆变器，是一种将直流电压变换为三相
50Hz，380V/220V交流电源的能量变换设备。 主要负载包括空调设备、空气压缩机、通风机、挡风玻璃除
作 用：DC110V的备用电源
图4-1 蓄电池检查
城 市 轨 道 交 通 车 辆 电 气19:2控2:19制
项目四 城市轨道交通车辆辅助供电系统
4．蓄电池
任务流 程1
工作模式： ——主供电系统接通前，为蓄电池预备模式，给列车激活供电。 ——直流电源正常工作时，蓄电池组被A车电源浮充电，作电路滤波
装置，改善直流电源供电质量。 ——直流电源故障时，蓄电池转入紧急工作模式，为紧急负载供电