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1、铁路客车AC380V 供电设计技术内容提要: 本文介绍了铁路客车AC380V 供电系统的供电方式、负荷计算、发电机组容量确定、供电线路选择，以及供电控制系统的拟定；介绍了列车级供电控制系统和单车供电控制系统，以及供电系统的安全性设计。1 概述铁路客车供电系统是铁路客车的重要组成部分，早期的22 型采用DC48V 供电，随着铁路客车的发展和旅客乘坐舒适度的要求，早期的25B 型车开始安装空调，随之出现了单车自带发电机组供电的客车，及25B 型宿营车，后演变至25G 型车采用发电车集中供电，至此，AC380V 供电作为一种基本的供电形式在铁路客车上得到广泛应用。下面就铁路客车AC380V 供电系统
2、的设计步骤和设计内容等方面阐述AC380V 供电系统的设计方法。2 设计步骤21 设计依据2.1.1技术规范对AC380V 供电系统的有关规定；2.1.2 总体设计、技术要求；2.1.3 相关技术标准的规定；2.1.4 同类车辆AC380V 供电系统设计；22 设计定位（设计方案确定）2.2.1 供电方式确定（集中供电还是单车供电）；2.2.2 供电系统方案确定（系统原理图）；2.2.3 重要部件确定（DC48V 应急蓄电池箱、电气综合控制柜、车端连接器等）；2.2.4 电器电源确定（空调机组、照明灯具、电热器、开水炉、插座等）；2.2.5 其它要求确定（系统冗余设计、技术要求等）。23 设计
3、验证为了保证AC380V 辅助供电系统的合理性、安全性、可靠性。需要在系统设计前对整个系统以下几个主要方面进行计算、验证：系统供电方式、系统容量计算等。24 完成设计3 供电方式铁路客车AC380V 供电系统的供电方式可分为集中供电和单车供电。31 集中供电铁路客车AC380V 列车供电系统供电方式是集中式供电，就是在列车中的某一节车厢内设置发电站或在列车上设立变电站，向整列车供电。目前我国铁路上使用最多的为发电车集中供电方式，即在专门的发电车内安装柴油发电机组，构成列车发电站。列车发电站的工作由专门的控制柜控制。发电站发出的电，通过贯穿全列车的输电干线和专门的车端连接器，送到列车各节车厢。3
4、2 单车供电25B 型宿营车，各型轨检车、电务试验车等特种车辆都以自生发电为主，即靠安装于本车的发电机组发电。以25G 轨检车为例，其主要供电形式为本车发电机，其次可由整列发电车集中供电，其电气综合控制柜具备供电选择和转换功能。根据车上用电负荷不同，柴油发电机组的容量配置一般在3050kVA。4 负荷计算如何正确地计算车辆用电负荷，是保证车辆安全可靠供电的重要前提。进行车辆电力负荷计算的主要目的就是为了正确选择车辆发电站发电机的容量，各种电气设备的型号、规格以及供电网络选用导线等提供科学的依据。41 常用计算公式三相总功率: A B C P = P + P + P ，式中， A B C P 、
5、P 、P分别为三相系统中各相功率；负载对称时: 3 cos l l P = U I ，式中，U 、I 分别为三相系统中线电压和线电流，cos 为功率因素；单相总功率：cos p p P = U I，式中， p p U 、I分别为三相系统中相电压和相电流。同一回路中 l p I = I42 单车负荷计算要确定一辆车的用电负荷，应从用电设备以下几个方面进行考虑：a. 额定功率：电器设备铭牌标明的额定功率，即有功计算负荷，定义为P ；b. 功率因数：电器设备功率因数角的余弦值，我们可定义为cos ；c. 视在计算负荷： COS d. 同期使用系数： x K ；e. 计算电流： 3 U cos 43
6、编组列车负荷计算铁路列车编组最大为18辆，按18 辆车编组计算全列负荷，则全列最大负荷应为：18 P总，注意：编组列车一般为不同车种编组，这里的总P 可根据估算确定一个范围。特殊编组列车可按实际编组情况计算全列负荷。45 以25G 型车为例单车计算负荷，以25G 硬座高寒车为例，见表1表1 25G 硬座车高寒车负载表计算负荷(kW)序号设备名称P(kW) cos S（kVA)数量总负荷（kVA)同期使用系数夏季负载冬季负载1 电开水炉 4.5 0.8 5.63 1 5.63 0.4 2 废排风机 0.09 0.8 0.11 1 0.11 1 3 温水箱 3.6 0.8 4.5 1 4.5 0.
7、2 4 照明 1.86 0.8 2.33 1 2.33 1 5 伴热 3 0.8 3.75 1 3.75 1 压缩机 5.7 0.8 7.13 4 28.52 0.8 冷凝风机 1.5 0.8 1.88 2 3.76 0.8 预热器 3 0.8 3.75 4 15 0.8 6空调通风机 1.8 0.8 2.25 2 4.5 1 7 电加热 20.1 0.8 25.13 1 25.13 1 8 供电控制 0.5 0.5 1 0.5 1 9 直流应急负载 0.3 0.3 1 0.3 1 10 蓄电池充电 0.3 0.3 1 0.3 1 11 其它 0.5 0.5 1 0.5 1 注：这里cos 均
8、取0.8。单车总负荷计算，P = K S 总X ，夏季总负荷：29.7 kVA，冬季总负荷：49.2 kVA。一辆车的用电负荷，我们不能简单的功率叠加，以上的负荷计算为估算。编组列车负荷计算，这里以18 辆硬座车加一辆发电车编组计算，总的用电负荷为：总18 P =1849=882kVA。整列编组计算这里只是估算，要得到较为准确的值，应该考虑全列具体编组情况而定。5 发电机组容量确定4 发电机组容量应满足全列编组列车的最大容量需求，通过以上计算，一般25G 型AC380V 车大约耗电4050 kVA，每列车大约18 辆编组，总负荷720900 kVA，根据实际情况的需要，夏季最热或严冬最冷时，电
9、量最大；而在春秋两季一般情况下，全列车总负荷也就260kVA 左右。因此，柴油发电机组采用3 台300kW 机组组合的方式可以满足全列车在不同季节及不同的气候条件下的用电需求。6 供电线路选择61 列车干线对于一列车而言，输电干线应满足全列负荷载流的需求。以25G 型AC380V 车18 辆编组为例，发电车输出能力为900kW，发电车本车用电约50kVA，则18辆编组客车全部最大负荷按850kVA 计算. 为增加车辆用电的保险系数，列车供电设计一般为双路，则一路的载流量为850A，选用电缆至少应在300mm2, 考虑施工的可实施性，车辆布线每一路均采用双线，即车辆布线方式采用双路双线，则单根线
10、的载流量为425A，查电缆手册，将干线定为120 mm2 或150mm2。以上我们确定了列车干线布线方式采用双路双线，及锁定了干线的范围。62 线路压降列车干线的选择还应满足电压降的要求。列车电压降主要应考虑干线电阻、连接器及接线座的接触电阻。要保证每辆车的用电设备都能正常工作，供电电压不得低于额定电压10，即线路末端电压降U应小于38010=38V。若干线选用120 mm2，则：线路总长2618468m0.468km，这里取单车线路总长26m，线路电阻R10.1640.4680.0768，这里0.164 为120mm2 导线阻值，单位/km，连接器接触电阻R20.0002180.0036，这
11、里0.0002 为KC20A 连接器接触电阻，单位，接线座接触电阻R30.0001360.0036，这里0.0001 为干线接线座接触电阻，单位，线路总电阻R0.0768+0.0036+0.00360.084，线路压降U=IeR=4250.084/217.85V38V，干线电流应该逐车递减，这里取干线最大电流425A 进行计算。因此可以确定120mm2 导线能满足列车供电电压降不超过限度。7 供电控制系统的拟定71 系统组成铁路客车AC380V 供电系统主要由电源、用电设备、供电线路、通讯网络、电气防护等部分组成。711 电源铁路客车AC380V 供电系统电源，不管是集中供电，还是本车供电，均
12、以柴油发电机组为核心。7111 发电车电源目前铁路客车发电车以KD25G 和KD25K 为主，其电源由三台柴油发电机组组成，输出两路供电干线，三台发电机组可随意组合向外供电。7112 其它电源以25G 型AC380V 车为例，其电源核心为发电车柴油发电机组，通过供电线路为本车供电，本车电源由整流模块和应急电池组组成，整流模块肩负给本车直流负载供电和给本车电池组充电的功能。以25G 型轨检车为例，其电源以本车柴油发电机组为核心，可分为柴油发电机、稳压电源、UPS 电源、充电机、逆变器、电池组等。柴油发电机为本车提供总电源；UPS 电源输入AC220V 或DC48V，输出AC220V 给车上轨道检
13、测设备等重要负载供电；稳压电源主要将输入的AC220V 电源稳定在一个特定的范围内，以提高电源品质给车上打印机、电脑等要求电源品质较高的负载使用；充电机给本车直流负载供电和给本车电池组充电；逆变器主要将DC48V 电转换成AC220V 电供车上电视机、插座、洗衣机等生活用电设备使用。712 用电设备AC380V 供电的铁路客车，用电设备以电气综合控制柜为核心，按不同的电压制式可分为以下几类：交流用电设备：空调机组、电热器、照明灯具、电茶炉、热水器、温水箱等；直流用电设备：轴温报警器、防滑器、应急照明灯具、烟火报警器、呼唤器等。713 供电线路铁路客车供电线路由全列电能传输网络和本车供电控制网络
14、组成。如图1。以25G 型AC380V 车为例，两路三相交流电源经车下分线箱引至电气综合控制柜，向车上交流负载供电，其额定工作电压为AC380V。交流控制电路取U 相作为控制电源，向交流接触器等交流控制元件供电，其额定工作电压为单相AC220V。整流模块输出的DC48V 向直流负载供电。车下设置DC48V、60AH应急电池箱。72 发电车供电721 发电车供电原理KD25G/K 型发电车设置三台柴油发电机组，两路供电干线向整列车供电，其供电有两种基本方式：分路供电和全路供电。如图2。分路供电是通过控制回路控制，其中1 号机组和3 号机组可以实现分别向I 路和II 路的分路供电；通过控制回路可控
15、制2 号机组可实现向I 路或II 路供电，与1 号机组或3 号机组进行分路供电。另外一种供电方式是全路供电，当1 号机组或2 号机组向I 路供电时，此时将联络开关合闸，II路干线也有电； 当3 号机组或2 号机组向II 路供电，此时将联络开关合闸，I 路干线也有电。这样就实现了全路供电。发电车的三台机组可同时向输电干线进行全路供电。例如1 号机组和2 号机组并车全路供电时，3号机组也可同时进行全路供电。此种情况下就要求2 号机组与1 号机组和3 号机组中其中的一个机组进行并车。发电车的并车操作为了满足负载率增加或保证机组切换不间断供电的要求,并车时常常需要将一台或二台机组并入电网实现机组的并联运行。屏内安装一台PIG21 型同步脉冲发生器,通过输入输出信号的变换,可对各主开关和联络开关实现并车。完成后应将并车转换开关置于零位。例如，假如1 号机组的主开关已合闸,向路干线
