高铁动车组新型电力分配系统研究
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摘 要：自改革开放以来，我国经济技术和科学技术取得大力的发展，在这个基础上，原来的传统列车已经完全满足不了人们的出行要求，制约了我国的经济发展，因此在2003年左右我国大力发展高速动车组，在短时间内取得了举世瞩目的成就，达到了世界领先水平。作为完全电力驱动，动力分散分布型动车组，高压电力分配系统对其尤其重要。基于此，本文主要阐述了传统动车组电力分配的弊端，以及新型高速动车组电力效率的分布概念，标准的构建，介绍了动车电力系统的设计思路和模块功能介绍，希望能为今后我国高速动车的设计带来帮助。
关键词：动车组;电力分配;车辆研究
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.19.154
0 引言
对高速动车组而言，传统的电气系统开发方式已经过时，所以动车组的设计必须以系统为基础，进行模块化，智能化的设计。因此作为动车组上一切动力的基础，电力分配设计尤其重要。
1 传统电力设计的弊端
传统电力系统的弊端是：第一，设计效率低下，电力分配混乱，能源损耗大，功耗浪费严重。第二，电力设备设施安装位置不科学，传输线路杂乱，一些信号线路干扰严重，轻则导致列车闪报故障，重则影响列车行车安全。第三，电力控制系统落后，智能化程度低，在列车相对狭小的空间里各种操控设备分配不合理，对操作，运维，售后等要求过高，故障的检测，调试，处理的效率低，成本增加。
2 新型电力系统的设计概念
针对动车组空间有限，设备繁杂，电力供应环境（高速运动中触网供电）恶劣等特点，首先需要对各种设备的电力需求，以及整车车辆布局进行标准化、模块化设计，减少不必要的电力配送和损耗。
3 新型动车组供电系统模块的设计
根据动车组电力特性，一般车辆电力分为网侧电压供电系统和辅助供电系统。网侧电压供电系统的功能就是将来自接触网的电能传输到列车电气系统之前对其进行变压和滤波处理。辅助供电系统的功能是提供列车交流和直流电源，系统的电源是由主变压器通过网侧变流器提供的。无电源连接时蓄电池系统可以提供电源启动列车。
3.1 网侧供电系统
网侧电压系统对来自接触网的25kV交流线路电压进行滤波，从而保护列车不受过电压的影响，此外还保护接触网不受列车短路的影响，基本设备分为车顶部分和底架部分。
3.1.1 车顶部分设备
新型动车组车顶部分设备主要包括：受电弓，主断路器，瞬态电抗器，网侧电压互感器（VMT），避雷器，高压隔离开关，接地开关。
受电弓是动车组和接触网之间的接触装置，当动车组需要接通/断开供电时，受电弓即升起或降下。受电弓的操纵是通过一个气动平衡系统来完成的，弓头与接触网保持接触。受电弓设有自动降弓装置 （ADD），ADD对弓头碳滑条受损情况进行检测，一旦检测到任何损坏，就会降下受电弓，同时，在碳滑条没有更换之前，ADD还会阻止升弓。
主断路器（LCB）用来将受电弓接收的网侧电流与动车组用电设备相连，将供电线路与主变压器连接或切断，发生过载或短路时切断线路。LCB由TCMS控制，其开闭取决于实际的网侧电压或司机的要求，在动车组高压牵引系统发生故障时及时断开与电网的连接，出于安全的原因，当在与LCB连接的网侧电压电路上进行操作时，可通过接地开关对LCB的变压器侧进行接地。
瞬态电抗器可抑制主变压器原边的电流突变，保护主变压器不受LCB在关闭操作时产生的瞬时电压的影响。
网侧电压互感器（VMT）的功能是测量来自接触网的电压，从而对网侧电压系统进行保护。网侧电压互感器1（VMT1）可以检测网侧电压是否在允许范围内，从而控制LCB闭合或打开。网侧电压互感器2（VMT2）通过微型断路器和隔离变压器向动车的牵引系统提供网侧电压信号，驱动控制单元（DCU）通过电压信号对网侧电压进行监控。
避雷器，使用了两种不同的避雷器来保护系统不受过电压的影响。避雷器1（SA1）设置在受电弓旁，与其输出和车体连接，功能是保护网侧电压系统和高压箱输入侧。避雷器2（SA2）设置在高压箱内，功能是保护主变压器。
高压隔离开关，它们受TCMS系统的控制。在正常状态下两个隔离开关处于闭合状态，仅当发生故障时或需要手动隔离单元组时，隔离开关才会打开。隔离开关与受电弓之间配置有硬线回路，只有在降弓状态下才允许执行闭合和分断动作。
接地开关用于高压回路接地，确保在对高压系统进行维护时的安全。每个主断路器均配置有接地開关，将主断路器的两端接地。
3.1.2 底架部分设备
动车组底架上的供电系统包括安装在同一个单元的主变压器和一个原边电流互感器。
主变压器为所有的变流器模块提供电源，将网侧电压转换成适合牵引系统的电压。
底架电流互感器测量原边主绕组的电流，所测值被用于变流器控制算。
3.1.3 辅助供电系统
辅助供电系统的功能是提供列车交流和直流电源，系统的电源是由主变压器通过网侧变流器提供的。无电源连接时蓄电池系统可以提供电源启动列车。辅助供电设备置于车辆底架，辅助供电主要设备包括辅助逆变器系统和蓄电池系统，它们与牵引系统同时置于变流器和滤波器箱内。
辅助逆变器系统将来自网侧变流器直流环节的直流电压（1650 VDC）转化成固定频率和振幅的三相电压。辅助变压器将电压降至3x400V/50Hz，功率通过三相总线分配到各种负载，例如压缩机、空调风机和蓄电池充电机等。
蓄电池系统提供110V直流的电源，其中蓄电池充电机将三相400V交流电转化成蓄电池的直流电压为蓄电池充电，然后通过蓄电池接触器将蓄电池连到电池总线，向列车的110V直流负载供电。
4 结束语
保证动车组的电力供应的稳定性和分配的科学性是保障列车安全行驶的基础和前提，随着高铁技术的发展以及人们出行对舒适便捷性需求的提高，新型动车组的电气设备类型呈现复杂化的发展趋势，动车组供电系统的模块化，智能化在未来高铁发展体系中尤为重要。
参考文献：
[1]伊怀仙.基于多功能车辆总线的CRH3型动车组单车电气调试系统[J].中国铁道科学，2014（05）.
[2]李涛.高铁电气化铁路弓网关系[J].工程技术（文摘版），2016，10（06）.
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