南京地铁2号线电动客车电气系统及其特点

南京地铁2号线电动客车电气系统及其特点康亚庆（南京地下铁道有限责任公司南京210008）摘要：介绍南京地铁2号线电动客车电气系统的主要设计方案、各项性能指标及其特点。

关键词：地铁车辆、控制与诊断、性能指标、车辆设计1、工程概要南京地铁2号线为南京轨道交通线网中的一条重要线路，整体上呈东西走向，一期工程为油坊桥至马群段，线路全长25.38km，其中地下线路20.16km ，设地下车站17座，地面线1.76km，设地面车站1座，高架线路2.88km，设高架车站1座。

南京地铁2号线车辆采用A型车，DC1500V架空接触网供电方式，共24列144辆，由南京南车浦镇城轨车辆有限责任公司/ALSTOM/SATEE联合体设计制造。

列车编组方式为6辆编组，4动2拖，分A、B、C三种车型，A车为带司机室的无动力拖车，B车为带受电弓的动车，C车为不带受电弓的动车，列车全长140米。

2、技术性能指标2.1车辆运行指标和主要参数。

车辆运行指标见表１，车辆主要参数见表２。

表1车辆运行指标表２车辆主要参数一列6辆编组列车在AW0到AW3负载情况下失去一辆动车动力时，能在无风速限制情况下以36km/h的商业运营速度完成当天的运营；在AW2负载情况下失去二辆动车动力时，列车能以65kph的最大速度完成一个往返运行。

在超员载荷，损失1/2动力情况下，列车能在35‰的坡道上启动，并能行驶到最近相邻车站，然后空载返库。

一列空载6辆编组列车能牵引一列超载（AW3）无动力的故障列车在3.5%的坡道上起动。

2.3噪音水平车内噪音水平：在停车状态下，客室内部辅助设备噪音水平小于69 dB(A)。

车外噪音水平：列车在自由场内以稳定速度60km/h±5%通过时，在距轨道中心7.5m处测量的等效连续噪声不超过80dB(A)。

3、电气系统的主要设计方案及其特点电气系统主要由电气牵引与控制系统、辅助电源系统、列车控制与诊断系统、乘客信息系统组成。

3.1电气牵引与控制系统3.1.1牵引逆变器采用ONIX152HP系列，由大功率电力电子器件IGBT（3300V/1200A）构成，采用PWM 方式对交流牵引电机进行三相输出电压的变频变压（VVVF）调节，从而对车辆的速度、牵引电机的力矩、牵引-制动工况的转换及运行方向变换进行控制。

采用司机手动牵引、制动控制方式或ATO自动驾驶方式。

每辆动车采用1C4M方式。

3.1.2系统采用了矢量控制，提高了控制灵敏度和精度，使系统的响应速度提高。

充分利用轮轨粘着条件，并具有反应及时、有效可靠的防滑防空转控制，尽量重新恢复轮轨间的粘着。

3.1.3系统保护完善、可靠。

在车辆的高压主电路上设置高速断路器，其电气参数与牵引电站馈出端的保护参数相匹配，以达到协调保护功能。

3.1.4系统具有空重车调节功能。

即根据列车空气弹簧反馈的载重量在空车到超员范围内自动调整牵引力和电制动力的大小，使列车保持起动加速度和制动减速度基本保持不变，达到运行平稳的效果。

3.1.5采用了32位微机控制，具有自诊断功能，监视和保护功能完备。

3.1.6系统具有电抗器和电容器等组成的线路滤波器，其本身产生的电磁干扰受到有效抑制，不影响各种线路设备和车载设备的正常工作，同时能够防止外界对牵引系统产生的电磁干扰。

3.1.7具有紧急牵引功能。

列车采用冗余MVB网络控制，考虑到网络控制方式在国内刚刚开始使用，网络的可靠性有待实践验证，所以在A车设置PWM编码器。

当网络正常时，牵引、制动命令及力的大小通过MVB 网传输给牵引控制单元PCE和制动控制单元BCE；当网络故障时，司机可以采用手动驾驶模式，编码器将司机手柄发出的牵引、制动力大小编码成PWM信号并通过硬连线传输给牵引、制动控制单元，以便在仅仅网络故障的情况下能够将列车回到车辆段而不必采取救援。

3.1.8采用模块化结构设计是该系统的一个特点。

图1 牵引逆变器如图1所示，高压箱HV.BOX、高速断路器HSCB、监控单元、隔离开关IES、牵引逆变模块OCU以及线路滤波电抗器分别采用单独的模块化设计，考虑到电气原理、方便接线及电磁兼容性等因素合理安排其位置，将这些模块吊挂在钢梁结构上，再通过整体的钢梁结构吊挂在车体底架上。

每个模块进线处采用可拆卸式的盖板结构，接线、安装、检修都十分方便。

并且对于经常要检修的部分，如高压箱、高速断路器箱、监控单元控制箱，将箱体的正面和底板做成一体化结构，形成三角形的箱盖。

打开箱盖后箱体内的电器件暴露部分比采用平直箱盖要多，对日常检修维护非常方便。

该结构在国外已有应用实例，但在国内尚属首例。

3.2辅助电源系统辅助电源系统提供3相400V、50Hz交流电和110V直流电，用作车辆空调、电热采暖、牵引冷却风机、照明、蓄电池充电、各系统控制电路及列车监视系统、视讯及广播系统、车载信号及无线通信设备的电源。

系统示意图如图2所示。

主要由逆变器和充电机部分组成，其逆变器的主要参数见表３，充电机的主要参数见表4。

图2 辅助逆变器表4 充电机的主要参数该系统具有如下特点：3.2.1辅助逆变器的功率元件采用IGBT（3300V/800A），并采用微机控制。

3.2.2列车的两辆拖车上分别装有一台静止逆变器（CVS），每三辆车组成一个供电单元，由拖车上的辅助逆变器供电。

在正常情况下，6辆编组列车的两台辅助逆变器各自承担自身所在供电单元的负载。

当其中一台辅助逆变器故障时，另外一台辅助逆变器可承担6辆车的负载，但考虑到辅助逆变器的容量限制，每辆车的空调只有一个单元正常工作，另一个单元仅通风。

该功能由列车控制系统TCMS及空调控制单元实现。

3.2.3系统有足够的过载能力，在短时间内能承受负载起动电流的冲击。

在负载变化为±30%，输出电压瞬间变化的范围不超过+15%和-20%，并且在300ms内恢复到正常输出，不影响所有负载的正常工作。

3.2.4 CVS采用微机单元进行控制和监视输入输出，并具有自诊断功能，对相关数据予以记录，供PTU 在本地下载分析。

控制单元直接以MVB接口接入列车总线，传送CVS状态信息和故障信息到列车控制单元MPU，并在DDU上显示。

3.2.5每个拖车上装有蓄电池箱，箱内装有84节镍镉碱性160Ah蓄电池构成直流110V电源，为辅助电源系统提供起动控制电源及列车应急电源。

在静止逆变器箱内有DC110V充电器，当DC1500V高压供电正常时为列车直流负载供电，同时为蓄电池充电；当列车无网压时，蓄电池能够向列车内部提供紧急照明、外部照明、通风、广播、通信及电子控制设备等工作电源。

3.2.6该辅助逆变器中还有一个充电电路，为列车上自举电池充电。

当接触网高压存在，但列车上主蓄电池电压过低而无法唤醒列车时，可以使用备用的自举干电池为列车控制系统提供110V电源，以唤醒列车。

当列车唤醒后，辅助逆变器的控制系统得电工作，充电机工作输出110V电，为列车提供110V电源，并给主蓄电池充电，使得列车进入正常工作状态。

3.3列车控制与诊断系统列车控制和诊断系统TCMS是在南京一号线TIMS基础上的升级，从以监视为主升级为监视并控制列车，其结构采用轻型、模块化和分布式设计。

列车功能由在每一驾驶室内的32位微处理器(MPU主处理单元)支持，实现对列车主要设备的运行状态和故障进行自动信息收集、记录、显示以及对列车牵引、辅助系统各设备进行控制的功能。

列车控制与诊断系统示意图如图3，该系统具有如下特点：图3 列车控制与诊断系统示意图3.3.1在列车级采用符合IEC 61375冗余MVB网络。

主要完成列车主控单元MPU对牵引系统、制动系统、辅助系统、列车故障数据采集、司机显示器等设备控制与监视。

为了提高列车的可靠性，MVB网采用冗余结构，同时对于重要控制如牵引和制动力的传输，采用通过MVB网和硬连列车线两种途径。

MVB网优先，列车线作为后备模式，并且将MVB网的信息与列车线的信息进行比较，以监视列车线工作是否正常。

当牵引和制动控制单元收不到来自MVB网的信息时即采用列车线的信息进行控制。

采用先进的MVB网提高了列车数据传输速度和控制响应时间，同时这种双重冗余的设计又大大提高了系统的可靠性。

3.3.2在每个单元内采取CAN总线来完成制动系统的控制。

在A车和C车分别设置一个网关阀GTW，为冗余设计，与列车MVB网相连进行通信。

每个单元内设置一个RIO阀和三个SMART阀，与网关阀GTW通过CAN 总线进行通信，对各车的制动系统进行控制及状态监视。

3.3.3在每节车上采用RS485通信网络，将远程输入输出单元RIOM与车门DCU、空调VAC、信号ATC、乘客信息系统连接起来，以实现对这些系统的控制和监视。

3.3.4 通过列车控制与诊断系统，能够实现一下功能：3.3.4.1具有列车出库前的检测功能，可做车门开关试验、空调系统功能试验、列车起动试验、制动试验等，并能显示列车的主要状况。

3.3.4.2具有自诊断功能，系统启动时自动进行自诊断并将诊断结果通过DDU显示屏显示。

3.3.4.3具有乘务员支持功能，包括列车状态显示、终点站、当前站设定、故障信息处理指导、运行图显示，并可以对整列车的空调装置进行控制和温度设置。

3.3.4.4具有检修作业支持功能。

每个子系统的服务接口可实现对所有微机控制子系统的软件装载、调试、在线测试和储存信息的下载等，DDU、MPU和牵引控制单元使用TCP/IP 协议的以太网接口用于例行调试、维护和软件的加载。

3.3.4.5具有列车故障数据实时远程传输功能。

通过PIS无线传输网络提供的通道，可以在控制中心及车辆段用装有专用软件E-Train软件的工作终端连接列车控制单元MPU，通过E-Train软件远程下载列车故障数据，以便于在列车发生突发性紧急故障时地面工作人员能够分析故障数据，指导司机进行处理，提高了列车故障应对能力。

3.4乘客信息系统乘客信息系统为乘客提供到站预告、实时的视讯信息以及将客室乘客的情况显示在司机室显示屏上，以便客室有紧急情况时司机能够看到并做处理。

该系统由三个子系统组成，分别为：广播系统、视讯系统、图像监控系统。

3.4.1广播系统。

该系统可以为乘客提供到站信息、服务信息及紧急信息。

通过可以广播播报，同时在每个车门上方有动态地图，在客室两端有LED显示屏，能够直观形象地显示到站信息。

当发生紧急情况时，司机可以通过DDU上的按钮发布紧急信息。

3.4.2视讯系统。

在每节车厢的侧墙上有8快LCD显示屏，可以实时显示新闻等电视节目，也可以显示一些预先录制好的图文信息。

实时信息是通过无线通信系统传输的，线路上布设无线AP发射系统，车载布设接收天线来实现车地信息传递。

3.4.3图像监控系统。

该系统在每节车厢两端布置彩色半球模拟摄像机，通过数字编码技术将模拟信号编码成数字信号，数字信号再通过列车局域环形以太网将各摄像机的信号传输到列车两端的录像机进行录制储存，以便客运部门或公安查看。