DC600V车下逆变电源供电系统知识

DC600V供电系统知识DC600V供电系统是25T客车有别与25K的最大特点。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25KV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KC20D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KC20D连接器向空调客车供电，供电容量2x400kW；空调客车通过综合控制柜自动(按车厢号分奇偶选择)将其中一路DC600V送入逆变电源装置（简称逆变器箱，型号：25T-2X35KVA+15KVA，包括两个35KVA逆变器和一个15KVA三相四线制隔离变压器）及DC110V电源装置（简称充电器箱，型号：25T-8KW+3.5KVA，包括一个8KW充电器和一个3.5KVA单相不间断逆变器）。2X35KVA逆变器将DC600V逆变成两路三相50Hz、AC380V交流电，向空调装置、电开水炉等三相交流用电负载供电；8KW充电器将DC600V变换成DC110V直流电，给蓄电池组充电的同时向照明、供电控制等直流负载供电；客室电热和温水箱采用DC600V直接加热。采用2X35KVA逆变器供电，主要从两方面考虑：一是25T客车除空调机组外，还新增加了许多设备，单车负载容量较大；另一方面是为了适应新的运行方式，增加供电系统的可靠性和安全性。两个逆变器其中一个主要给空调机组供电，另一个给开水炉、伴热等交流负载供电；正常情况下，两个逆变器相互独立，互为热备份。但当其中一个发生故障时，由另一个负责继续向负载供电，只是部分受控负载要减载运行（如空调机组转入半冷或半热工况）。客室电热器、温水箱等电阻性负载之所以采用DC600V直接加热的方式，一方面减轻了逆变器的冬季负载，另一方面减少了电阻性负载引起的漏电流。由于电气化区段每隔25km左右有一个分相区，DC600V电源装置在过分相区时没有输入电源，因此逆变器和充电器均没有输出；为了避免照明负载的频繁断电，所以照明采用DC110V供电，在牵引区段，由充电器向照明负载供电，而过无电区时则由安装在车下的蓄电池供电。同样，为了保证空调等控制电路的控制电器不频繁吸合和释放，控制电路也采用DC110V供电。为了防止本车蓄电池过放或故障，保证重要负载（如轴温报警器和防滑器等）的供电，全列蓄电池通过阻断二极管并联。尾灯、共线电话等设施从延续性的角度考虑仍采用DC48V供电。DC600V供电系统原理框图见下页图。1.2逆变技术将交流电变成直流电的过程称为整流，将直流电变成交流电的过程称为逆变。电力机车接触网电压是单相供电，而且供电品质很差，不能降压后直接供给列车的用电负载，因此必须用到逆变技术，将单相交流电变成直流电后再逆变成三相交流电供给客车负载。近几年，国内逆变技术已经达到实用化程度，为DC600V供电列车提供了技术基础。客车逆变器的基本原理为：在每个正弦波周期内，将直流电压分割成若干个脉冲，这些脉冲的面积，正好等于正弦波的面积。通常情况下，一个周期内脉冲的个数乘以50即为调制频率，调制频率越高，输出的脉冲个数越多，在没有滤波器时，电动机负载的电流越接近于正弦波，而如果有滤波器，则滤波器的体积可以减小，输出电压波形的谐波成分越低。调制频率越高，对IGBT的驱动和保护要求越高，技术难度大。1.4大功率高频开关电源DC600V供电系统中的充电器是供蓄电池充电及照明控制等系统用电的重要设备。由于输入为DC600V，因+DC此必须采用DC/DC变换技术。T1T2U为了减小充电器的体积和防止高压窜入低压系统，采用高频绝缘式DC/DC变换器。按反相控制规律分别控制T1T4T3T4t和T2T3，即T1T4导通时，T2T3截止，而T2T3导通时T1T4截止，这样就可以在变压器副边感应出高频脉冲电压，该电压通过整流滤波，得到DC110V输出。高频绝缘式充电器在铁路上的应用，其技术已达到国外先进水平，主要关键技术有：•采用电压电流双闭环控制，实现蓄电池恒流定压充电。•采用软开关技术，减小IGBT高频开关损耗，效率达到92%。•采用先进的非晶态铁芯制造变压器、电抗器，减小充电器的体积。•IGBT的开关频率达到20KHZ以上，避开了音频区域，减小充电器的电磁噪音。1.5供电及用电设备主要技术参数供电容量：800kW（分两路输出，每路400kW，）额定供电电压：DC600V5%（对应网压25kV）额定输出电流：667A最低供电电压：DC530V（对应网压19kV）网压低于17.5kV时，机车欠压保护起作用，停止向列车供电。输出电压纹波（峰—谷值）小于额定值的10%。两路供电装置应分别设有接地保护电路，交直流侧过载、过流、过电压保护电路，输出端短路保护，输出电压、输出电流显示装置及用电计量装置。停止供电后，1min内输出电压应降至36V以下。1.6接地以及漏电保护问题机车侧接地分有源接地和无源接地两种有源接地与中点接地相比缺点是：不隔离供电的负载对地电压相对较高，DC600V正线及交流负载线对地电压为710伏，提高了对绝缘的要求，绝缘利用不对称，EMI效果差。中点接地与有源接地相比的优点是：各线对地电压对称（为正、负300伏）可以充分利用绝缘，EMI效果好。推荐采用中点接地方式，机车接地保护电流动作值为150～180mA，客车为100～150mA。为与不同机车编组，客车采用不接地系统进行保护。客车保护既考虑了直流保护，同时考虑了交流负载保护。在不接地系统中，由于电位浮地，系统中不同设备（车厢间）的串扰较大。客车漏电流设置为软件100mA动作，硬件150mA动作。机车接地保护电流动作值统一为150～180mA，客车为100～150mA；机车推荐采用中点接地方式。新造或厂修DC600V供电机车采用中点接地方式；在机车完全采用中点接地方式之前，客车采用不接地系统进行保护。1.7过分相区问题由于电力机车牵引每25km左右存在分相区，过分相区时，受电弓失电，DC600V电源没有输出，逆变器也停止向空调机组供电，为了防止过分相区时，控制接触器频繁吸放，控制系统采用DC110V供电。在过分相区时，控制系统和照明的电源来自DC110V蓄电池。电力机车通过分相区的最短时间约为10S（200Km/h），对空调机组的启动是否产生影响呢？通过大量的模拟试验和实际运用证明，仅仅是制冷量稍有损失，而由于逆变器采用VVVF启动，空调机组的电流冲击并不存在。过分相区的时间加上DC600V的缓启动时间及逆变器的缓冲、延时和软启动时间，至少在30S以上，空调机组有足够的时间来平衡压力，因此，没有必要在空调机组内进行旁通控制。