铁路客车DC600V供电设计技术

铁路客车DC600V供电设计技术

作者 胡晓春 温晋峰

内容提要: 本文重点介绍了铁路客车DC600V供电系统的组成：逆变器箱、充电机箱、电气综合控制柜、蓄电池箱、车端连接器及布线等设备；介绍了DC600V供电系统在25G/T型车的设计步骤及设计验证,并对DC600V供电系统的安全设计作简要描述。

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1 概述

供电技术是客车转向架、制动和供电三大核心技术之一，是列车快速、舒适、安全运行的基本保证。近几年来，随着我国铁路运输事业的快速发展，旅客列车的供电技术也在不断进步，列车供电电源由客车轴驱发电到发电车集中供电和机车集中供电，其供电制式从最初的DC48V发展到现代的AC380V 和DC600V，尤其在客车实现DC600V供电后，列车的供电技术、控制技术和应用技术已经有了质的飞跃，供电设计技术已成为客车设计中的关键技术之一。为了便于相关设计师对DC600V供电技术的学习和了解，我们编制了本教材，供大家学习参考。

本文就列车DC600V供电系统、客车DC600V系统组成、系统安全设计和DC600V供电的25G/T型车设计步骤进行重点介绍，并对DC600V供电制式的客车电气设计步骤进行简要阐述。

2列车DC600V供电系统

目前我国铁路客车DC600V供电电源是由机车提供的，采用的是机车集中整流客车分散变流方式。

采用DC600V供电电压，是参照了国外供电制式并结合我国国情和技术现状所作出的选择。高压供电从经济性考虑虽然具备优势，但是采用高压供电系统无疑需将降压、整流和逆变环节全部集中在客车上，其安装和配重难度较大。而机车集中整流后向客车供电，由客车分散变流，在技术上没有太大的困难。由于直/交变换存在电压利用率的问题，所以要达到输出AC380V,要求输入电压应在DC600V左右。同时基于国外有直流540V、600V、660V、750V等级，所以我国采用DC600V电压，一方面可以提高逆变器的可靠性，另一方面这个等级的电压，实际在绝缘、耐压等方面与AC380V基本一致，安全性好。 2.1 机车供电电源

在电气化区段，电力机车的列车辅助供电装置将受电弓接受的25 kV单相高压交流电降压、整流、滤波，形成两套独立DC600V直流电源，两套装置分两路通过连接器向空调客车供电，供电容量2x400kW。

在非电气化区段，内燃机车发电机组发电、整流、滤波，形成两套独立DC600V直流电源，两套装置分两路通过连接器向空调客车供电，供电容量2×400kW。

2.2 客车电源变换

机车输送至客车的DC600V直流电源,经客车逆变电源装置的转换，将DC600V直流变为AC380V交流电源供车辆空调等交流设备使用，车下分线箱从车下干线上引出DC600V支线至车上，供电热器、开水炉等DC600V直流设备使用。车下充电机箱将DC600V直流电变换为DC110V直流电供车上控制系统使用(并对蓄

电池充电)。车辆各用电装置的电能分配及控制由客车综合控制柜完成。

2.3 供电路径

客车车下设两路DC600V干线，分别布设在车下两侧线槽，通过车端连接器的连接，实现全列贯通。DC110V干线也分两路分别布设在车下两侧线槽，通过车端连接器实现全列贯通，但DC110V干线与机车之间没有联系。车下电源经铁地板线槽引至车上综合控制柜，再经过车上线槽将电源引至各用电设备。 3客车DC600V系统组成

客车DC600V供电系统主要由以下装置组成：逆变电源装置（以下简称逆变器箱）、DC600V/DC110V 电源装置（以下简称充电机箱）、电气综合控制柜、蓄电池箱、车端连接器及布线等设备组成。本文以25G/T型客车为例，详细介绍系统各组成部分。

3.1逆变器箱

逆变器箱包括两个容量及硬件结构完全相同的逆变器和一台容量为15KVA的隔离变压器。两个逆变器在硬件结构和容量上完全相同，控制软件采用一致性设计，只是逆变器内部配线稍有不同。两个逆变器电路相互独立，通过输出接触器的控制使两个逆变器的输出相互备份，提高了系统的可靠性。

正常工况下，15KVA的隔离变压器作为2＃逆变器负载。在故障情况下，通过热备转换板控制逆变器输出接触器和转换接触器的相应动作，来实现逆变器的负载切换功能。

逆变器具有完善的输入过压、输入欠压、输入过流、输出过压、输出欠压、输出过流、输出过载、散热器过热、功率器件短路、接触器故障、内部故障等保护功能，系统的运行状态可以通过微机控制板上的双位数码管显示出来，同时通过微机控制板上的RS485通信接口将运行状态传送给综合控制柜进行显示。逆变器箱的外形结构见图1。

逆变器电路前端及后端均加滤波模块，以提高逆变器的供电品质。

逆变器的主电路电气原理简图见图2

3.1.1逆变器工作原理

逆变器是将客车提供的DC600V电源，加至由六个功率开关器件(IGBT)所组成的三相逆变器，微机控制系统产生三相PWM信号，经六路门极驱动电路分别驱动功率开关器件，产生三相PWM波形后经滤波 器形成三相对称的准正弦波。同时将电压检测电路、电流检测电路检测到的各部分工作状态与微机控制系统预先设定的软件程序比较后，决定是否发出运行或保护指令，同时依据输入电压的变化调节输出电压，从而使三相逆变器输出恒定的三相380V、50HZ的准正弦波，供给客车空调机组使用，并通过隔离变压器变换输出三相四线AC380V交流电，供给客车其它交流负载用。

3.1.2主要性能技术参数

图1 逆变器箱外形结构图

逆变器： 额定容量为35kVA ，额定输入电压为DC600V， 最高输入电压范围为DC500V ～DC700V(瞬间720V)，额定输出频率50Hz±1。

隔离变压器：额定容量为15kV A，输入电压为逆变器输出电压，输出电压为额定相电压有效值AC220V±5%。额定输出频率50Hz±1，接线方式为△/Yo。

3.2充电机箱

充电机箱包括一台8KW充电机与一台3.5KVA单相逆变器。其外形结构图见图3。

充电器箱的主要功能包括：为车辆提供高质量的直流电源，对蓄电池进行限流恒压智能充电；为车辆上的影视系统及充电插座提供AC220V交流电源；为蓄电池提供亏电欠压保护；通过485通讯接口上传充电器运行信息至综合控制柜。

3.2.1工作原理