DC600V空调客车供电系统常见故障处理

题目：

西安铁路职业技术学校 毕业论文（设计）

空调客车供电系统常见故障的处理

系 别：机 电 工 程 专 业：铁道车辆 学 号：1230461 姓 名： 张攀 指导教师： 王秋鹏

2015年5月18日

DC600V

DC600V空调客车供电系统常见故障的处理

摘要：随着国民经济的发展和人民生活水平的不断提高，旅客对列车速度和舒适度的要求也越来越高。旅客列车加装空调、电开水炉等用电设备后，列车用电量增大，随之而来的是供电设备容量、质量的加大。近年来，虽然采用了国外引进的轻型发电机组，但发电车的轴重仍然不能完全满足提速列车轴重的要求。因此，解决问题的惟一办法是取消发电车，加速发展电网供电列车。

1997年10月，铁道部下达了1998年将在SS8型电力机车、25K型空调客车的基础上，进行由电力机车供电的一列列车样车设计、试制、试验及运用考核的任务。为此，四方车辆研究所于1997年l1月开始对国内外列车供电技术状况进行分析、研究，最终确认DC600 V集中供电、分散变流列车供电系统仅适合我国当前的电子、电力技术水平，而且便于与国外列车供电技术接轨。鉴于电力机车供电与发电车供电兼容的原则，首列DC600 V集中供电、分散变流列车设计为DC600V／AC380V供电兼容列车。该列车于1998年10月1日正式投入运用，担当武昌至北京间K79／8O次旅客运输任务，列车投入运用后供电系统性能良好。

首列DC600 V机车供电系统具有以下优点：(1)机车采用整流方式提供DC600 V电源，技术成熟，可靠性高。(2)采用2路DC600 V供电方式，具有一定的冗余。一路电源故障时，另一路仍可向客车供电。(3)各车厢变流器放在车下(指单层客车)，不占用车上空间，不会减少定

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员。不挂发电车，可以多挂一辆客车，增加客运收入。(4)各车厢独立性强，列车编组灵活。(5)DC110 V全列贯通，各车厢IX；l1O v供电系统互补性强，可靠性高。(6)供电系统具有集中控制功能，操作简单。可以实现DC600V／AC380 V兼容供电。(7)供电装臵部件立足国内技术，有利于民族工业的发展和降低成本，有利于推广运用为探讨、积累内燃机车列车供电技术的经验，1 998年开始研制二动九拖内燃动车组时决定采用DC600v列车供电系统。该内燃动车组于1 999年1O月正式投入运用，担当上海至南京等地间的旅客运输任务。

目前，DC600 V供电系统已在电力、内燃动车组及武昌至北京间第2列K79／80次列车上推广运用。

关键字：DC600V；供电系统；故障；方法

（一） 供电系统综述

我国机车供电空调列车采用DC600 V集中供电、分散变流供电方式。

集中供电，即机车提供DC600 V等级的列车供电母线电压，列车设2路互相独立的DC600 V供电干线。对于SS8。机车供电列车，客车2路DC600V电源由SS8机车提供；对于动车组，拖车的2路DC600 V电源分别由2个动车提供。

分散变流供电，即各车厢上的变流器将DC600 V电压逆变成三相380 V、单相220 V交流电源后向车厢用电设备供电。

为保证控制及照明不间断，各车厢设DCll0 V电源，列车设Dcl1O

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v供电干线。

由机(动)车司机台上带电触点的供电钥匙、列车集控线与供电设备间构成供电集控电路，只需司机操作供电钥匙就可自动启动或停止各车厢的供电设备。

机(动)车设主电路接地保护电路，各车厢设漏电检测，某一车厢发生接地故障，引起机车供电中断后，只需司机将供电钥匙复位后重新转入供电位，接地故障车可立即切除，列车恢复供电。

1. 机(动)车供电装臵

1．1 SS8 电力机车供电装臵 1．1．1 供电参数

供电电压：DC600(1±0．05)V；供电功率：2×400kW；供电电压纹波系数：小于5%。 1．1．2 I作原理

电网通过电力机车向空调旅客列车供电。Ss8 机车主变压器增加2个列车供电绕组，将受电弓接收的25 kv单相交流高压电降压；采用2套独立工作的单相半控整流装臵将单相交流电整流成2路直流电，分向列车供电。主电路原理图见图1。

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供电绕组a —x 、aa—xa从主变压器抽头输出，每绕组输出额定电压870 V、电流600 A，功率522kW 。

交流真空接触器KM630 KM31是供电装臵工作总开关；同步变压器T5 、T6 提供整流用同步移相电压信号及整流器投入或停止的电压提示信号。

整流器V3，、V4。为单相半控桥式整流，额定输出电压600V、电流670A，容量400 kW。

滤波电抗L5 、L 6分别与电容C29 C30 。构成滤波电路，电抗值为9 mH，电容值为10 400 ，滤波后输出电流脉动率小于3o% ；R71R72 分别为电容C29C30的放电电阻，接触器KM30、KM31断开后，电容端电压由600V降至50V 需要30 s。

电阻R67、R68 分别与电容C31、C32 。组成过压保护电路；TA7、TA8分别与KC11KC 构成交流侧过流保护装臵，过流整定值为1 000(1土0．1)A；电流互感器SC9、SC10 。及电压互感器SV5.SV6构成直流侧恒压限流控制及过流保护控制。

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主电路的接地采用传统的有源保护电路，接地继电器与机车蓄电池串联后与直流输出干线的负线相连。

为保证DC600 V／AC380 V兼容的安全性，机车加装供电集控器。司机台上设有供电钥匙，由司机转换该钥匙来控制交流真空接触器的闭合与分断。主司机台上显示屏中“列车供电I”、“列车供电II”、“供电接地I”、“供电接地II”、“供电输出”是列车供电时工作和故障状态显示。副司机台左侧电流电压表分别显示2路供电输出的电流值、电压值。

供电输出插座KC20D位于机车两端。

电力动车组动力车供电装臵主电路除容量外均与SS 机车相同，不再重复。

1．2 内燃动车供电装臵 1．2．1 供电参数

KC20D 供电电压：DC600(1土0．05)V；供电功率：400 kW；供电电压纹渡系数：小于5% 。 1．2．2 工作原理

内燃动车主发电机与供电(辅)发电机制成一体，主发电机与供电发电机同轴串联布臵。主发电机输出整流后电力供给牵引电动机，供电发电机输出整流后电力供拖(客)车用电。

供电主电路主要由一台供电发电机和给其励磁的感应子发电机、整流装臵、恒压励磁调节器、用于接通或切断向拖(客)车供电的供电接触器、供电连接器和一些保护电路组成。主电路原理图见图2。

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恒压励磁调节器取整流输出电压作为反馈信号。调节与供电发电机配套的感应子励磁机的励磁，控制供电发电机恒压输出{通过直流侧电流(EXP)、电压(SCM)互感器检侧信号实现输出过流、过压保护功 能。

供电发电机输出侧电流互感器LH、整流装臵ZL和过流继电器LJ组成过流保护装臵。

主电路的接地采用传统的无源保护电路，接地继电器通过整流电路与供电发电机中性点相接。

司机台上设2把供电钥匙，分别控制前后动车的供电，由司机转换该钥匙来控制供电励磁机威磁接触器LLC及供电接触器GC的闭合与分断。主司机台上显示屏中“供电I”、“供电Ⅱ”、“供电I故障”、“供电Ⅱ故障”是列车供电时工作和故障状态显示。电流表、电压表分别显示供电辖出的电流值和电压值。

供电输出插座KC20D位于动车后端。

2.客车供电装臵

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客车供电装臵由车端连接器、列车供电干线、配电柜、变流器、蓄电池组、充电器、空调控制柜、照明控制柜等部件组成 供电系统主电路工作原理图见图3。

机(动)车提供的2路DC600 V电源通过车端连接器引入配电柜，配电柜将其中一路输入变流器及充电器 变流器将DC600 V变换成三相380 V、50 Hz交流电，通过配电柜向电开水炉、温水箱、废排风机等用电负载供电，并通过空调控制柜向空调机组供电。

充电器将600 V直流电变换成1i0 V直流电，向蓄电池充电的同时通过照明控制柜向车内照明及供电装臵控制系统等负载供电 每辆车设蓄电池组，蓄电池组与ii0 V干线间采用二极管隔离。车内采用日光灯照明，照明变换器将ii0 V直流电变换成220 V交流电。

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空调控制柜、变流器、充电器的控制电源均受配电柜控制。配电柜控制电源受机(动)车控制。 2．1连接器

车端连接DC600 V采用KC20D型电力连接器，外形及安装尺寸与KC20A型电力连接器相同，4对接触对的容量相同，2对作为DC600 V正线连接，2对作为DC600V负线连接。

DC600V 采用SL21型电力连接器，2对接触对的容量相同，1对作为DCI10 V正线连接，1对作为DC600 V负线连接。

集控线通过集控连接器中2对～4对接触对相连(二动动车组需4对)。 2．2 配电柜

配电柜设有DC600 V I路、I路供电选择电路，可以方便地选择其中一路向变流器、充电器供电，设有多路380 V、220 V交流供电电路，将变流器输出的交流电分别向温水箱、电开水炉、客室电加热器、废排风机及其他负载供电。

配电柜内设有本车漏电检测，检测本车DC600 V供电线路及三相交流负载的对地绝缘电阻，当对地绝缘阻值小于24(i土0．15)kI3时，漏电检测输出继电器不闭合，DC600 V供电接触器不吸合，DC600 V停止向本车厢供电。 2．3 变流器

变流器将直流600V变换成三相380V、50I-k交流电，以满足车辆设备用电需要。变换器采用电压型桥式逆变电路，其功率开关器件为

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IGBT元件；控制电路采用微机控制，具有贯穿短路、过压、欠压、过流、散热器过热等保护功能以及IGBT元件故障和电子控制故障检测功能 为解决散热及防雨雪、防风、防脏物、防飞石碰撞问题，变流器采用整体密封、整体散热的箱体结构。

变换器具有延时(1 5 S)输出功能；列车过无电区时，变换器采用VVVF自动控制启动方式，电动机启动电流冲击小。变换器具有承受负载冲击的能力，空调压缩机开停时，变换器不会发生停机后再启动现象。

主电路主要由直流600 V隔离接触器K1、充电电阻R1、充电电阻短接接触器K8、快速熔断器FU1、电容C1、电压测量装臵S、开关元件IGBT、吸收模块、交流侧隔离接触器k 等组成。双逆电源中2个变换器的主电路结构完全一致。其中一台变换器的输出接一个单相变压器，将AC380 V降为AC220 V 主电路原理图见图4。

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2. 客车DC600V供电电源主电路的设计

该

DC2600 V供电电源的额定输出功率为2×400 kW，由两组相同

的电路构成，每组输出功率为400 kW。两组的电路结构都是一样的，包括预充电电路、二极管整流电路、斩波降压电路、放电电路、接地保护电路、控制单元(包括功率板、控制板、通讯板)、显示和计量电路等构成。下面以其中一组电路为例说明如图1所示。

2．1 预充电电路

为了防止当控制单元获得

DC110 V电源，且外部供电申请信号有效

时，直接闭合主接触器KM1，交流电源不经过整流电路而通过滤波整流电路造成短路现象，设臵了预充电电路。预充电电路输入侧通过输入端子与机车主变压器的单相860 V电源相连。由KM2、F0、D0及R0组成，当控制单元获得DC110 V电源，且外部供电申请信号有效

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时，先闭合预充电电路的接触器KM2，给电容C1、C2充电，充电完成后闭合主接触器KM1。

2)输入电压1 075 v时，额定负载时，开通占空比D=0．62，波形如图4所示。

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3)输入电压

650 V时，额定负载，斤通占空比D=1，波形如图5所

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示。

2．2 主电路的PSIM仿真结果分析

通过以上仿真波形可以看出，当输入电压在

650～1 075 V之间不

断变化，调节IGBT斩波电路的开通占空比在1～0．62之间，电路可以使输出电压在10 ms内稳定在在590～610 V之间，输出电压波动在预定的±10 V范围内。达到了预期的设计目标，能满足客车用电的需求。

（四）DC600V电气系统的常见故障与处理方法

由机车集中供电，供电电压为600V，分两路供电。通过电气综合控制柜供电开关将其中一路600V直流电送入车下逆变电源装臵（即逆变器）及110V电源装臵（即充电器）；

逆变电源将600V直流电逆成三相AC380V、50Hz交流电，向空调装臵和电炊设备等三相交流用电负载供电，隔离变压器输出三相AC380V向伴热系统、冰箱、微波炉等其他三相交流用电负载供电。充电器将DC600V变换成DC110V，给蓄电池组充电的同时向照明、供电控制等负载供电。

采用I、II路双路供电，根据需要可手动或自动选择I路（II路）供电。编组时原则上I路、II路负载应均衡，例如：1、3、5…车由I路供电，2、4、6 …车由II路供电；

电源经贯通全列车的输电干线有车底线槽引入车内铁路客车电气综合控制柜，经分配后供给车内各用电设备；

车内各用电设备金属外壳均就近接地。同类负载间采用环线接线

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方式。

1.电气综合控制柜常见故障及处理方法

TKDG 型铁路客车电气综合控制柜（以下简称综合控制柜）用于DC600V 供电的客车，是集电源转换控制、空调机组控制、蓄电池欠压电保护、照明控制等功能单元于一体的智能型综合控制柜。综合控制柜具有检测、控制、诊断保护、信息提示、联网通讯功能，实现供电及控制系统的综合控制，可进行车对车通信，并逐步实现车对地、地对车的计算机联网通讯。综合控制柜实现了客车电气控制系统的小型化、智能化、集成化和系统化。综合控制柜根据预设参数实现自动控制，减轻了操作人员的工作强度，避免由于人为误操作的事故，便于操作和维护。综合控制柜对整车电气系统参数进行实时监测，出现故障时及时进行保护动作，避免了由于保护不及时而引起的严重后果。综合控制柜可对轴温状态进行监视和显示。

综合控制柜充分考虑了整车各个电气功能部件的协调工作，整个电气系统工作更加安全可靠。

根据电气系统布线的有关规范和实际存在的问题，不同系统、不同电压等级、不同电流类别的导线尽量相互隔离，结构设计上尽量减少相互间电磁干扰。

综合控制柜的控制方案以自动为主，同时考虑控制系统故障的应急措施，包括极端情况下的手动应急措施。

综合控制柜主要具备六大部分功能：1.电源转换控制功能；2.空调机组控制功能；3.蓄电池欠压保护功能；4.照明供电功能；5.

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昌一西安N358、汉口一深圳K7／8次列车逆变器故障实在太多。夏季时负载较大，由于每节车厢只配臵了1台逆变器，一旦出现故障，该节车空调机组将停止工作，车内舒适度急剧变差，旅客反映强烈。25T型DC600V逆变器问题相对较少，关键是每节车配备有2台逆变器，之间互为备用，但一半的富余，就显得不经济。建议每节车厢只配备1台逆变器，而在某节车厢中(如在CA或RW 中)，配备1台整列车的备用逆变器(功率设计可达100kVA)，采用单路AC380V供电型式，连接线前后贯通。一旦某节车逆变器出现故障时，即可由该备用逆变器供电，如此既可减少逆变器的配臵数量，又可保证逆变器出现故障时能及时供电，确保空调良好。当然备用应急逆变器只能提供1～2节车厢的负载。这是基于运用中，单节车厢逆变器出现问题远比同时2节或多节车厢逆变器出现问题的几率要高。此种改动，将比较经济适用。当然，提高逆变器的质量可靠性，才是最关键的。

3.应急通风问题

目前客室的通风接在逆变器的三相输出上，一旦DC600V电源和逆变器出现故障，由于25T型列车和动车组采用密封结构，因此在空调机组停止工作后，客室没有新风，很短时间内乘客就会感到非常不舒服。所以应该着手进行改造，即由供电电源和逆变器故障引起空调机组停止时，客室内应需保证一定的通风量。建议增加1台应急逆变器，在DC600V和逆变器故障时，空调机组的通风机自动转换应急逆变器工作，并切断其它无关的负载，应急逆变器的输入接在DC110V蓄电池上，因此需适当增加蓄电池的容量。所以对电池的容量和体积要求比较

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高。

4.客车DC600V供电，需多单位间配合

目前DC600V供电模式需由几个单位间相互配合才能完成，带有一定弊端。即原来由车辆段一个单位完成的供电方式变成了机务、车辆、电务多单位间协调完成的供电方式。当DC600V供电出现故障时，机车与车辆乘务员彼此缺少交流、相互推诿，不能及时解决供电故障。

建议从设计或生产组织上进行改变、调整，交由一个单位来完成。

5.DC600V、AC380V逆变器和空调控制柜及空调机组有待进行结构性改进

目前在DC600V供电系统中，空调机组的系统工作原理是逆变器将供电母线输人的DC600V逆变成三相AC380V后送到空调控制柜，再根据空调机组的要求将三相电分别输出给通风机电机、冷凝风机电机和压缩机电机。空调系统的自动控制由控制柜内的温控器控制，逆变器的控制和空调系统的控制相互独立。这种独立的控制系统存在较多缺点：(1)整个系统部件及连线过多。由于逆变器吊挂在车下，空调控制柜安装在车厢配电间内，而空调机组安装在车顶上，电气线路过长，不仅会引起不必要的线路损耗，也使车辆布线的工艺难度增大，同时增加了箱体质量，增加了系统成本，并使故障发生部位增多。(2)空调系统的控制采用有接点的ON—OFF控制，这种控制方式与 变频变压(VvVF)控制方式相比，节能效果较差。由于变频空调在民用上已取得了很大进展，在列车上设计变频空调系统将是发展方向。即把逆变器和空调机组的控制作为一个整体来考虑，将大大地简化系统

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的结构。

（六）结语

现代客运列车供电系统为满足列车上电器不断增多的需求，服从列车总体布臵的需要，保证有良好的社会及经济效益。普遍采用静止变流器供电方式，DC 600 V供电系统确定了中国旅客列车新的供电模式，达到国际先进水平，该项技术已经成为铁道行业标准《TB/T3063旅客列车DC 600 V供电系统技术条件》，DC 600 V供电系统是符合我国铁路运行特点的供电方式之一，具有广泛的推广运用前景。

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