北京地铁14号线A型地铁车辆电气系统

102103城轨技术城轨技术2014年第4期2014年第4期个HMI，分别安装在TC车的司机控制台上，为司机和检修人员提供所需信息。（1）显示列车运行的基本数据。包括界面名称、实际速度、手柄级位、网压、网流、站名信息、时间日期。任何界面下必须显示这些信息。（2）子系统显示相关数据。包括运行、牵引、制动、辅助供电、空调、故障、发车检查和检修子系统。（3）显示车辆故障相关数据。包括故障确认、故障等级、故障文本、已确认故障数和总故障数目。这些信息仅在运行界面显示。（4）不同界面辅助功能操作。包括导航键、设置键、辅助功能键和帮助键。任何界面下必须显示这些信息，不同界面显示内容可不相同。（5）选择各分项子系统及退出当前模式。包括运行、牵引、制动、辅助供电、空调、故障、发车检查、检修和退出。任何界面下必须显示这些信息。2.2.3 诊断功能车载故障诊断系统是TCMS的重要组成部分，其具有车载部件故障数据采集、分析、转储和显示功能。故障信息在司机台上通过HMI显示，并且通过PTU上传到地面维修和服务系统，以便长期保存和分析。当发生故障时，TCMS的诊断功能可帮助司机采取适当操作，帮助维护人员查找和解决故障；如果列车发生故障，将以纯文本信息在HMI上显示给司机，每条纯文本信息分配有故障代码，可根据故障类别进行故障评估。故障类别和纯文本信息在显示器界面上显示。此外，司机可从HMI上获得操作指导说明。TCMS将故障划分为3个等级。1级为严重故障：严重影响列车运行，可能导致乘客和车辆出现危险，司机需对故障进行确认和立即处理；如果故障不能及时排除，列车需在运行的下一站清客，空车回库解决故障。2级为中等故障：影响列车运行，司机需对故障进行确认和立即处理；如果故障不能及时排除，列车需在完成本次单程运营后退出运行图，空车回库解决故障。3级轻微故障：不影响运行，可在列车运营结束后回库处理。2.3列车广播及乘客信息系统列车广播及乘客信息系统配置了广播系统控制器、终点站LED显示器、司机对讲装置（带话筒）、广播监听扬声器、扬声器、紧急报警器、LED电子动态地图、车体外侧LED显示器、17英寸LCD显示器等设备。列车2端司机可通过广播系统控制器上的话筒实现对讲，可用麦克风对车厢广播/通话；当车厢出现紧急情况或突发事件时，乘客可按使用说明按下车厢内的紧急按钮，通过按钮旁的内藏对讲装置实现与司机对话。列车广播及乘客信息系统具有数字化自动报站功能。2.4车门及空调系统控制司机操作开门或关门按钮即可实现列车开门、关门控制，操作简单，设计直观，同时也考虑了开门的误操作，将开门按钮设置为双按钮，按钮同时按下车门才可打开。当预留信号系统与车门控制器安装ATO信号系统后，车门控制器接收ATO信号系统发出的信号，实现车门自动开关和自动开与人工关。空调控制系统为司机室与车厢提供冷风和新鲜空气，提高司机和乘客乘坐的舒适性。空调采用顶置安装方式，空调控制装置与列车监视控制系统通信接口采用MVB，司机通过TCMS的HMI控制车厢和司机室的空调，设定空调温度。列车监视控制系统负责控制空调分时顺序启动。2.5照明及其他车厢照明为贯通式灯带，在其门区设置事故应急照明灯，以保证列车出现紧急情况时的车厢照明。每节车辆两侧墙的外部设置关门到位显示灯和制动缓解显示灯，司机室前端安装前照灯及防护灯。3结束语双流制140 km/h市域电动客车电气系统设计满足快速轨道交通线路载客运输要求；采用双流制设计，满足轨道交通线路不同供电电网的需求；设计考虑到乘客的舒适性、司机的易操作和误操作等，为市域轨道交通系统的建设规划与需求提供了借鉴。隋 燕：南车青岛四方机车车辆股份有限公司，工程师， 山东 青岛，266111 单保强：南车青岛四方机车车辆股份有限公司，工程师， 山东 青岛，266111刘明坤：南车青岛四方机车车辆股份有限公司，工程师， 山东 青岛，266111责任编辑   葛化一北京地铁14号线于2013年开通，线路长度为47.3 km，其中地下线长42.3 km，高架线长4.5 km，地面及U形槽过渡段长500 m。地铁车辆为标准A型车，设计中采用A型车辆供电、牵引等措施保证车辆的可靠性及舒适性。1列车主要参数及性能1.1列车编组方式TC车：有司机室的拖车；MP车：无司机室带受电弓的动车；M车：无司机室的动车。列车采用4动2拖共6辆车编组方式：+TC－MP1-M1+M2－MP2-TC+。列车编组方式见图1。其中：+为半自动钩缓装置，-为半永久钩缓装置。1.2供电条件列车采用接触网受电弓受电，每列车两台受电弓，额定供电电压为DC 1 500 V，变化范围为：DC 1 000～1 800 V，再生制动时不高于DC 1 980 V。受电弓位于MP车二位端的顶端，受电弓位置见图2。1.3主要技术参数（1）最高运行速度：80 km/h。（2）平均技术速度：≥50 km/h（典型区间、不含站停时间）。北京地铁14号线A型地铁车辆电气系统■　王淼  张会青摘 要：介绍北京地铁14号线车辆的技术参数及性能，阐述该车辆电气系统的基本性能、组成及主要技术特点。关键词：北京地铁；14号线；地铁车辆；电气系统；并网供电中图分类号：U231             文献标识码：B        文章编号：1672-061X（2014）04-0103-04图1 列车编组方式图2 受电弓位置TC1  前向指令后向指令MP1  M1  M22号车/5号车  MP2  TC2M1  M2  M3  M4  M1  M2  M3  M4  M4 M3  M2  M1  M4  M3  M2  M1MP1/MP2104105城轨技术城轨技术2014年第4期2014年第4期（3）平均旅行速度：≥37 km/h。（4）平均加速度。在额定载员、平直干燥线路、车轮半磨耗状态工况下，额定电压为1 500 V时，牵引指令发出后：速度从0～36 km/h时，平均加速度≥1.0 m/s2；速度从0～80 km/h时，平均加速度≥0.6 m/s2。（5）平均制动减速度。在额定载员、平直干燥线路、车轮半磨耗状态工况下，列车在最高运行速度时，从制动指令发出到停车，平均减速度为：最大常用制动减速度≥1.0 m/s2；紧急制动减速度≥1.2 m/s2。（6）列车具有在故障状态下的运行能力及坡道救援能力。2列车主要电气系统北京地铁14号线列车电气系统主要由电气牵引和电制动系统、辅助电源系统、列车控制及监控系统、列车广播系统、乘客信息显示系统、空调系统、车门系统、信号系统等组成。北京地铁14号线电气系统主要设备布置见表1。2.1牵引系统2.1.1 主要特点（1）牵引系统采用高度集成化的3种箱体结构：AB箱（含辅助逆变器和充电机）、PA箱（含辅助逆变器和牵引逆变器）、PH箱（含牵引逆变器和高速断路器）。箱体采用轻量化铝结构材料，降低了牵引系统的质量和运营成本。（2）每种牵引设备箱内都安装有火灾探测数字电缆，在火灾条件下或超过可接受的温度等级时发生短路，从而发出火灾报警信号。（3）控制单元采用双路MVB接口的牵引辅助控制单元DCU2，可实现牵引级MVB网络接口和列车控制及监控系统（TCMS）车辆总线接口相对独立。牵引级MVB网络可实现列车网络故障瘫痪情况下的全功能牵引。2.1.2 牵引主电路牵引系统主要功能是引入接触网电能并转换成车辆的轮周牵引力，包括：输入电能供给牵引逆变器（MCM）；MCM将直流电压转化成变压变频的三相电压（VVVF）供给牵引电机。牵引系统主电路见图3。2.1.3 电空混合制动电空混合制动即电制动与空气制动的配合方式，优先使用电制动，空气制动在全列车平均补充。电制动会按设定减速度下降，直到规定的电制动消失点，列车制动停车。牵引控制单元DCU向空气制动控制单元发送电制动力实际值和电制动状态信号，用于电制动失效或电制动力不足时，由空气制动替代电制动或补充空气制动力。电空转换过程满足规定的冲击率限制，若是电制动失效，同时给出“电制动失效”故障指示信号。牵引系统和制动系统的电空混合转换见图4，电空混合制动过程见图5。2.2辅助电源及中压交流并网供电技术列车蓄电池型号规格为LPH180Ah，每列车分别在两端TC车配置两组蓄电池，每组由78节电池串联而成。蓄电池充电机集成于AB箱内，采用升压斩波技术调节输出电压，对蓄电池进行浮充电。每套蓄电池充电机输出功率25 kW，整列车配置两套，当一套蓄电池充电机故障，启动另外一套满足整车要求。列车并网供电结构见图6，该供电系统由TCMS控制。TCMS发送命令控制辅助控制单元（DCU/A）同步启动、关闭、切除。DCU/A通过数字输入/输出接口控制辅助负载接触器的闭合和断开进行并网供电。每列车采用4台辅助逆变器（ACM）并网供电，该供电模式较扩展供电和分段供电相比，其在任一故障状态下的供车型牵引系统辅助系统制动系统空压机蓄电池信号系统TC1√√√√√MP1√√M1√√√M2√√√MP2√√TC2√√√√√表1 北京地铁14号线电气系统主要设备布置图3 牵引系统主电路DC 1 500 V电抗器充电接触器LC过压电阻牵引逆变器牵引电机电冗余能力更强，运行能力和负载分配能力也是其他供电模式无法比拟的。 2.3TCMSTCMS采用分布式控制技术，TCMS网络拓扑结构见图7，分为列车级和车辆级。TCMS采用EMD电气中距离介质的MVB车辆总线。中继模块REP作为列车级和车辆级总线的网关，实现列车级总线到车辆级总线的数据转发。两端头车REP模块均采用冷备冗余技术，列车在网关瘫痪时可通过人工切换方式保证运营。TCMS采用通信线路双通道冗余设计，当某一路通信线路出现故障时，系统可自动切换到另一路通信线路，列车控制系统主要完成的功能：（1）司机室激活控制；（2）方向控制；（3）紧急牵引控制；（4）空电联合制动控制；（5）保持制动控制；（6）安全连锁控制；（7）空调启动控制；（8）辅助系统顺序启动控制；（9）列车速度计算；（10）车重校准；（11）轮径校准；（12）模式控制；（13）监视功能。TCMS的诊断功能可以协助司机和检修人员进行工作。当故障发生时，协助司机采取适当的操作，并使维护人员更容易查找并解决故障。如果列车发生故障，将以纯文本信息在HMI上显示给司机。每条纯文本信息图4 电制动空气制动转换图5 AW3工况电空混合制动牵引数据图6 列车并网供电结构100%  制动力F电制动  机械制动根据制动需求等级  ②制动冲击率限制  达到牵引转矩所需的时间  牵引转矩速度v 根据制动需求等级 v=4 km/h  2013-03-31 07：46：07v=1 km/h  v=0 km/h  v=0 km/h  时间t电制动阶段  ①电空转换点（可根据机械制动响应时间适当下调）  电空转换停车阶段  保持制动阶段  保持制动缓解阶段机械制动 响应时间～400 ms③建议此点电制动降为零07：47：10  07：47：20  07：47：300  司控器信号-103 003.3  599.719 8牵引力参考牵引力直流网压网压电流定子电流MCM功率列车速度列车质量修正参数TCMS7.792 82-104 668.8  1 882.5241 574.803  16.374 46-1 028.396  227.137 30.002 270 353  4 440.5-186 744 6  80.620  0.954 20.952 4  7.785 38TC1车ACMMP1车M1车ACMM2车ACMMP2车TC2车ACM辅助负载接触器  辅助负载接触器  辅助负载接触器  辅助负载接触器  空气压缩机  客室空调机组1、2  AB箱风扇  DC 110 V逆变模块  客室照明  紧急通风逆变器客室空调机组1、2  PH箱风扇  客室照明  紧急通风逆变器客室空调机组1、2  PA箱风扇  客室照明  紧急通风逆变器客室空调机组1、2  PA箱风扇  客室照明  紧急通风逆变器客室空调机组1、2  PH箱风扇  客室照明  紧