地铁车辆辅助供电系统浅析

地铁车辆辅助供电系统浅析
摘要：辅助供电系统是地铁车辆的重要组成部分，为列车的牵引、制动、照明、空调通风、空压机、信号等设备提供电源。

本文以苏州
五号线为例介绍了辅助供电系统及其供电分配，并对不同的供电方式
进行对比，得出了相应的结论。

关键词：辅助供电；供电分配；母线；负载
1.绪论
辅助供电系统，简称辅助系统，主要功能是将电网提供的直流电
源转换为三相交流电压和蓄电池充电电压。

三相交流电压向列车的辅
助系统供电，例如空调、电热，空压机和照明系统。

蓄电池充电机向
蓄电池充电、并向直流输出回路供电。

直流输出回路的负载在辅助系
统故障而无法运行时，由蓄电池进行供电。

辅助电源箱内部将AC380V 转换成DC110V，主要给照明、控制电路、列车网络系统、车载信号设备、及视频监控系统等提供直流电源。

近年来，我国北京、上海和苏
州等城市的城市轨道交通车辆上，辅助电源均采用了静止式辅助逆变
电源，这种辅助逆变电源的优点是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。

2.辅助供电系统介绍
2.1.主电路介绍
地铁车辆一般为六编组车辆，编组方式TC1-Mp1-M1-M2-Mp2-TC2，TC车是带司机室的拖车，Mp车无司机室带受电弓的动车，M车不带司机室且不带受电弓的动车，Tc车是带司机室的拖车。

Mp车从接触网经受电弓获取1500V直流高压电向设备高压供电。

高压电源主要用于列车的牵引动力设备和静止逆变器。

受电弓从接触
网吸收电能用于向列车供电，在列车每个单元的Mp车各配有一个受
电弓装置，两个受电弓可同时向辅助系统高压母线供电。

整列车在两
个Mp 车牵引箱中各设了一个1500V的车间电源插头以代替受电弓向
整列车的辅助系统供电。

当任何一个车间电源接通时，均能够向整列
车辅助系统供电。

车间电源供电与受电弓供电之间设有联锁，采用二
极
图一
管与牵引高压母线隔离。

以保证在任何时候列车仅有一种方式电
源供电。

静止辅助逆变器通过高压列车线供电，将其转换为380V中
压交流电，然后再通过交直流逆变转换成110V低压直流电对控制设
备供电，主电路图如图一所示。

2.2.辅助供电系统介绍
辅助供电系统主要由三部分组成：辅助逆变器、蓄电池充电器、蓄电池。

辅助逆变器一般采用静止逆变器，简称SIV或者AUX。

辅助逆变器将网压转换成AC380V、50Hz 的三相交流电能输出，为车辆上空压机、空调装置等交流负载供电。

蓄电池充电器主要输出DC110V 电能给车辆控制、蓄电池充电等直流负载供电。

列车正常运行时，蓄电池处在浮充电状态。

2.3.车间电源及供电母线
一般在检修车间内设有车间电源，通过列车车底高压箱内有车间电源插座，向列车提供高压电能。

车间电源与接触网之间存在电气联锁，两者不可同时为列车供电。

在图一中，列车设置有一条辅助1500V直流高压母线，此列车线通过二极管与主电路隔离，通过熔断器提供保护，在一个受电弓故障或者只升单弓的时候，仍能通过辅助母线给全车的辅助逆变器供电。

每个Mp车设置一个车间电源插座，插上任何一个车间电源均给全车辅助系统供电，车间电源与受电弓之间有互锁，以保证供电安全。

每个辅助逆变器模块输出一路AC380V/50Hz三相四线，列车共设置一条独立的贯穿全车的AC380V/50Hz中压母线。

低压母线敷设三条正母线和一条负母线，充电机对三条正母线和蓄电池供电。

三条正母线分别为一条贯穿全车的列车正常供电母线，一条贯穿全车的列车紧急供电母线和一条贯穿全车的永久母线。

3.辅助供电方式浅析
目前辅助供电系统主要采用集中供电和分散供电两种方式，分散供电又分为扩展供电和并网供电。

3.1.集中供电方式
在列车的集中供电系统中，设置两台辅助逆变器，辅助逆变器的
运行是通过系统的三相输出接触器分别向3节车厢供电。

供电电路可以是并联供电、扩展供电。

如果是集中供电的扩展供电方式，在正常工作状态下，M车上的三相母线接触器处于断开状态，两个单元各自独立工作；如果是集中供电的并联供电方式，列车的交流供电母线是贯通的，两个辅变单元共同向列车负载供电。

每台辅助逆变器的容量通常设计为120KVA左右，如果采用的是集中供电的扩展供电方式，
当某个辅助逆变器出现故障时，首先断开输出接触器，将其与供电母线隔离，通过系统的闭合扩展供电接触器，及时将非故障电流引入发生故障单元，以保障故障单元的正常工作。

3.2.分散供电方式
分散供电指的是在地铁列车的每一节车厢内都安置一台辅助逆变器，并且通过辅助供电系统的三相输出接触器，为列车母线提供380V 的交流电压。

通常情况下，分散供电的辅助逆变器功率设计在73KVA 左右，从而使地铁列车交流供电容量的增加，满足列车的负载要求。

这样即使地铁列车中的一个辅助逆变器出现故障，那么总体供电容量依然满足列车的正常运行。

即使地铁列车在运行中有三台辅助逆变器发生故障，仅需要切除列车车厢的空调供电后,依然保证列车无限速
的正常运行。

3.3.两种供电方式的对比
这两种供电方式各有优缺点: 分散供电冗余度大,均衡轴重好配置,但造价高,总重量也高,且由于分布点多,集成化程度差, 易出现故障
点较多。

集中供电冗余度小, 每轴配重难以一致,但总重量轻,组成部
件集中,模块化程度高,故障率低,且成本低很多。

3.4.实例介绍
苏州五号线辅助供电系统采用集中布置并网供电。

整列车由四个
辅助逆变器并网供电，每两个辅助逆变器集成在一个辅助逆变器箱内，每台辅助逆变器通过三相输出接触器向380V交流列车母线供电，在
正常工作状态下交流负载分配与以上负载分配一样。

每个辅助逆变器
设计为 120KVA，整列车总容量为480KVA，任意一个辅助逆变器故障后，切除故障辅助逆变器，列车仍有360kVA容量来满足最大负载295.51KVA 要求。

当两台故障时，只需要切除每节车一半的空调压缩机。

当三台辅助逆变器故障时，需要切除所有空调压缩机和冷凝风机，并保证正常通风，其它所有与牵引、控制和制动的交流用电全部保留，运行至下一站或者是最近的存车线退出运营。

四台辅助逆变器均故障时，全车紧急通风，车辆等待救援。

4.结语
本文通过对苏州五号线的辅助供电系统分析简介，阐述了集中供
电系统和分散供电系统的不同，采用分散供电，冗余度大，均衡轴重
好配置，但是造价高，总重大。

而集中供电成本低总重低，更节能。

苏州五号线采用的集中布置的并网供电方式是将两者的结合优化，集
成性高、故障率低，还具有故障冗余能力强的特点，可以看出采用苏
州五号线并网供电方案更具优势，在其它地铁车辆供电方式中可广泛
运用。

参考文献：
[1]王金永.城市轨道交通供电系统及电力技术分析[J].中国设备
工程, 2021(10) .
[2]康亚庆.城市地铁与轻轨车辆辅助系统综述[J].电力机车技术，2001(10).。