第二分册 第2章 辅助系统修正版.docx

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第二分册第2章辅助系统修正版

长春轻轨3号线一期工程延伸线项目

培训手册

第二分册第2章辅助系统

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V1.0

2016.9.25

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变化说明

1概述

本教材是长春3号线东延线项目辅助系统的培训手册，包含工作原理、参数信息、接口信息等，适用于含有额定功率为35kVA辅助逆变单元及额定功率为8kW充电机的辅助电源箱。

1.1本手册用户范围

1）本手册供如下用户使用：

技术人员

调试人员

司乘人员

2）维护人员要求：

维护人员必须具备电子设备操作经验，必须具有扎实的安全生产规范知识和适当的工作经验。

只有经过适当培训和指导的人员才能允许对辅助变流器进行维护工作。

初学者必须在有经验人员监督下，方可对辅助变流器进行维护工作。

2定义与缩写

表1定义与缩写

缩写

中文名称

英文名称

ACU

辅助控制单元

AuxiliaryControlUnit

BCU

制动控制单元

BrakeControlUnit

CAN

控制局域网

ControllerAreaNetwork

DCU

牵引控制单元

DriveControlUnit

PTU

便携式测试单元

PortableTestUnit

TCMS

列车控制与监视系统

TrainControlandMonitoringSystem

3引用标准

GB4208－1993外壳防护等级（IP代码）

GB5095.2－1997电子设备用机电元件基本试验规程及测量方法第2部分：

一般检查、电连续性和接触电阻测试、绝缘试验和电压应力试验

GB5095.3－1997电子设备用机电元件基本试验规程及测量方法第3部分：

载流容量试验

GB5095.5－1997电子设备用机电元件基本试验规程及测量方法第5部分：

撞击试验（自由元件）、静负荷试验（固定元件）、寿命试验和过负荷试验

TB/T1507机车电气设备布线规则

TB/T1333－1996机车电器基本技术条件

TB/T1508－1991机车电气屏柜技术条件

TB/T2557－1995客车单元空调机组控制柜技术条件

TB/T3021－2001铁道机车车辆电子装置

TB/T3063－2002旅客列车DC600V供电系统技术条件

4辅助电源箱及部件

辅助电源箱整体图：

图1辅助变流器

柜体：

辅助逆变器的外壳，保护内部器件不受外部环境影响。

盖板：

柜体的一部分，可供人踩踏。

搭扣：

上盖板的紧固器件。

4.1箱体内区域定义

图2柜内分布

功率模块1：

充电机功率模块。

功率模块2：

辅助逆变器功率模块。

风机：

辅助变流器的散热器件，为轴流风机。

高频变压器：

辅助逆变器的输出端变压器。

电抗器：

辅助逆变器输出端的LC滤波器。

输入接线：

电网DC750V输入线。

输出接线1：

交流380V的输出线。

输出接线2：

直流24V的输出线。

接触器组成：

该区域为主接触器和充电接触器区域。

支撑电容：

防止电网电压突然变化的大容量电容。

4.1.1功率模块

4.1.2

图3变流箱右上角视图

充电机功率模块：

充电机IGBT功率模块。

辅助逆变器功率模块：

辅助逆变器IGBT功率模块。

4.1.3接触器组成

4.1.4

图4变流器右下角视图

4.1.5输入及输出接线

图5输入输出接线图

4.1.6变压器舱组成

4.1.7

图6变压器舱组成

4.1.8

风机组成

图7-风机组成

4.2柜外区域定义

图8柜体外部定义

出风口：

轴流风机的出风口。

产品铭牌：

辅助逆变器铭牌说明。

重载连接器：

对外接口。

进风口：

轴流风机的进风口。

5日常维护

5.1注意事项

操作人员必须熟悉本辅助变流器箱的基本工作原理、功能特点，具有电工操作基本知识。

在对本箱体检查及保养之前，必须在设备总电源全部切断15分钟后进行。

5.2维护说明

在进行任何工作以前，必须小心查看下列四个安全规则：

∙短路

∙检查设备是否真的处于无电压条件下

∙接地并短接

∙盖或其他隔断邻近零件必须处于欠压条件下（带电零部件）

∙即使在断电后，辅助变流器仍可能有危险电压级别。

∙给直流母线电容器放电至非危险电压级别至少需要15分钟的时间。

∙操作前，请穿戴好安全帽、绝缘鞋和绝缘手套，保证人身安全。

∙请小心注意并遵守此部分中和产品本身的所有信息和说明。

仅使用由制造商鉴定的备件。

保持指定的使用和维护时间间隔及与修理和更换相关的说明。

∙如果未小心的遵守这些说明，这可能导致死亡、严重的身体伤害和严重的材料损坏。

5.3维护计划

标识号

IDno.

等级的类型

typeofgrade

描述，执行的工作

descriptionofworktobeimplemented

间隔时间intervaltime

1

系统自检

每次TCMS系统上电之后，在显示屏HMI的网络设备在线状态拓扑结构图中观测辅助变流器是否在线，在线故障排查见附件一故障排查表

24h

2

人工月检

维护人员对辅助变流箱散热片及螺栓区域清理灰尘，包括1）、2）、4），见5.4.

1个月

3

人工年检

Yearlymanualchecking

维护人员打开辅助变流箱，对里面线缆、接触器、电容、电抗检查，并用吸尘器处理箱内灰尘。

包括1）、2）、4）、5），见5.3.

12个月

4

人工两年检

维护人员打开辅助变流箱，对立面的线缆、接触器、电容、电抗、IGBT、散热母牌、熔断器、电压传感器、电流传感器、充电电阻、放电电阻等，如有需要，请更换。

包括1）、2）、3）、4）、5），见5.4.

24个月

5.4维护工作

维护内容如下：

（1）应定期检查并清理辅助电源箱体进风口和出风口，避免塑料袋、树叶等杂物堆积、堵塞风道；辅助电源箱的进风口位于箱体底部，出风口位于箱体两侧；

图9辅助电源箱通风口示意图

（2）检查螺丝钉、螺栓、铭牌以及接插件等是否松动迹象；

（3）功率元器件端子之间，如电容的正负极、IGBT的端子间是否有灰尘堆积，以避免爬电距离减小；

（4）导体及绝缘体是否有腐蚀现象，如有要及时用酒精擦试干净；

建议定期检查，详细检查内容和频率可参考制造商提供的巡检记录表格。

（5）检查离心风机，扇叶转动是否平滑、安静，如需要，请将其更换。

检查扇叶处是否有灰尘堆积，如需要，请将其清理干净。

6功能描述

辅助电源箱，包括输入电路，辅助逆变器，充电机等三大部分，适用于长春北湖项目中的轻轨车辆及相似应用的轻轨车辆。

辅助电源箱从接触网取得直流750V电压，通过EMI滤波器、快熔、接触器、输入电抗器和二极管供给辅助逆变器和充电机的功率模块；辅助逆变器为客室空调机组、客室电热、设备风机等设备提供50HZ/AC380V/AC220V电源；充电机主要为牵引系统的控制、辅助电源系统的控制、门控、通信设备、客室照明、应急照明、磁轨制动等提供直流24V电源；蓄电池负责提供应急电源。

辅助逆变器和充电机的功率开关元件都采用1700V的IGBT；在他们的输入侧和输出侧之间都有变压器做电气隔离，以保证乘客及车载电器设备的安全性；在充电机的输出侧加有高频滤波电容和EMI滤波器，在辅助逆变器的输出侧装有LC正弦波滤波器，这些措施的实施以切实保证辅助电源的“绿色”，不会对电网及用户电器造成电磁上的污染。

6.1辅助逆变器主要功能

1、对外CVCF输出；当输入电压过低时，可以降频降压输出。

2、具备保护功能：

输入过压、欠压保护，输出过流，输出过压，功率管过流、短路保护，散热器、电抗器过温保护。

3、具有故障诊断接口（采用485通信），配有调试用软件界面，运行相关参数可通过调试用软件界面设置。

4、可与车辆CANOPEN网络相连，及时运行信息及故障信息可显示在驾驶台显示屏上。

6.2充电机主要功能

1、采用恒压限流充电+浮充电的工作方式；

2、具有温度补偿功能，温度补偿值可调；

3、充电机对输出具有过载、输出短路保护，过压保护，电压低报警，最大电流限制功能。

当充电机输出短路时，充电机能够停止工作并自动重启，如果一段时间内连续三次发生过流故障，充电机就停止工作；

4、充电机对输入应具有瞬态过电压保护，输入过、欠压保护；

5、采用热管散热+强迫风冷的散热方式，散热效果明显，同时具有热保护功能；

6、具有故障诊断接口（采用485通信），配有调试用软件界面，运行相关参数可通过调试用软件界面设置，可实现在线调试、诊断。

7、可通过专用网关板与车辆CANOPEN网络相连，及时运行信息及故障信息可显示在驾驶台显示屏上。

6.1参数介绍

6.1.1工作环境

海拔高度：

≤2500m

环境温度：

0℃～29.7℃。

湿度：

在湿度最大的月份最大平均相对湿度为95%。

使用环境：

车辆主要在地面上运行,车辆停放在库外,检修在地面车库进行。

污染：

考虑沙尘、纤维、塑料袋、石块等的影响。

6.1.2供电电源

车辆采用受电弓供电，供电额定电压为直流750V，线路走行轨为负极。

供电电压的变化范围为500V至900V直流电，在使用再生功能时，电压不高于1000V

6.1.3辅助逆变器电气参数

辅助逆变器额定输出容量/电压/频率：

35KVA/AC380V/50HZ。

辅助逆变器采用定频定压输出的工作方式，启动过程中无电流冲击，满载启动时间应不大于40s，启动过程中，启动电流的最大值Imax应小于稳态电流的1.5倍。

额定输出交流电压AC380V5%，输出频率50Hz1Hz，正弦波输出，正弦性畸变率小于5%，谐波含量小于5%，三相电压不平衡度小于1%。

6.1.4充电机电气参数

充电机额定输出功率：

8kW。

输出电压范围：

DC24V～29V，可根据蓄电池温度进行输出电压调节。

温度补偿系数：

-4mV/℃（可调）。

输出纹波电压：

≤1.5V。

最大输出电流：

DC330A。

充电方式：

限流恒压+蓄电池浮充电。

电池充电限流值：

25A（可调）。

充电机变换效率不小于85%。

7主电路图及工作原理

图为充电机和辅助逆变器的电气原理图。

图10中上半部分为充电机，下半部分为辅助逆变器。

辅助逆变器和充电机共用输入EMI滤波器、接触器和进线电抗，充电机的支撑电容和辅助逆变器的支撑电容是直接并联在一起的。

图10辅助电源箱主电路图

图11辅助逆变器示意图

图12充电机工作示意图

7.1充电机工作原理

充电机采用全桥移相零电压软开关控制方式，开关频率为20KHz；分为桥式逆变，高频变压器，副边倍流整流和输出滤波四部分。

如上图10中所示，桥式逆变部分由两个IGBT模块（IGBT11，IGBT12）构成，并且设计有谐振电容和谐振电感（由高频变压器的漏感实现），利用谐振电感和谐振电容引起的谐振过程实现IGBT的零电压开通和关断，降低功率器件开关损耗，充电机效率≥85％；整流侧采用倍流整流方式。

充电机采用移相全桥的控制方式，每个开关管都由50%占空比的驱动脉冲控制，控制程序调整的只是斜对称两路驱动脉冲的移相角度，移相角度的大小就决定输出电压的大小。

充电机采用输出电压闭环控制，根据给定输出电压，同时参考由蓄电池传回的温度值，在适当补偿的基础上与输出电压反馈值进行PI运算，根据运算结果调整输出脉冲的移相角度。

同时，充电机设计有限流保护程序，如果充电机的充电电流或者输出总电流超过限流值，充电机将用电流环取代电压反馈环，以保证限流功能。

充电机同时还设计有软启动，过流过压保护、短路限流保护等功能。

图13充电机示意图

隔离型DC-DC变换器拓扑结构相对复杂，可以看作是由DC-AC变换器和AC-DC变换器串联取得，输入直流电压首先逆变为高频率的AC，接着把AC通过整流变换成DC。

隔离型DC-DC变换器的基本思想：

直流电压无法通过变压器传输，为方便通过变压器降低或提高电压，先将直流电压逆变成交流电压，交流电压通过变压器降低或提高到需要的幅值，再将交流电压整流成目标直流电压值。

7.2辅助逆变器工作原理

辅助逆变器采用SVPWM（空间电压矢量脉宽调制）方式工作，IGBT开关频率为4KHz。

直流输入电压经三相逆变桥逆变成三相PWM波，PWM波再经LC正弦波滤波器滤成谐波含量小于5%的三相正弦输出电压波形。

因为车辆系统安全要求输入与输出实现电气隔离，所以在输出侧加入一个35KVA的三相工频变压器。

工频变压器的联结组别为Dyn11，输出侧中性点有输出，为部分单相负载提供单相220V电源。

辅助逆变器的工作原理与牵引变流器基本相同，都采用三相桥式逆变电路。

图14三相桥式逆变电路

滤波电路：

三相逆变器输出的SPWM波形虽然对牵引电机等高感性负载来说，具有与正弦波形近似的驱动效果，但SPWM波形仍然包含着丰富的谐波成份，普通风机、空压机类负载对电源质量有着严格的要求，谐波含量过高会使风机等定子绕组发热严重。

所以在电源类逆变器中滤波器是需要的。

图15滤波电路

7.3辅助电源箱内部网络及对外网络连接拓扑

辅助电源箱的通讯网络复杂，整个信息的传递过程由三个部分组成：

CANOpen网络通信，CAN网络通信和RS485网络通信。

网关与车辆控制单元VCU之间采用CANOPEN通信协议；网关与充电机控制单元CCU之间为CAN通信；辅逆控制单元ACU与网关进行通信为CAN通信，CCU与ACU公用一个串行调试接口，为RS485通信方式，可与调试界面进行通信，可作在线调试、故障诊断用。

图16辅助电源箱的内部及对外网络连接

8对外接口说明

辅助电源箱的对外接口总图见图17。

图17辅助电源箱对外接口总图

8.1主电路接口

序号

连接方式

线规

箱体线

孔标号

箱体内

接线端子

箱体内对应线号

代表意义

1

M6单孔接线端子

25mm2

（1.8/3kV）

+

X1:

1

750V+

DC750V电源输入正线

2

M6单孔接线端子

25mm2

（1.8/3kV）

-

X1:

2

750V-

DC750V电源输入负线

3

M6单孔接线端子

16mm2

（0.6/1kV）

U

X2:

1

208

辅助逆变器输出U相

4

M6单孔接线端子

16mm2

（0.6/1kV）

V

X2:

2

209

辅助逆变器输出V相

5

M6单孔接线端子

16mm2

（0.6/1kV）

W

X2:

3

210

辅助逆变器输出W相

6

M6单孔接线端子

16mm2

（0.6/1kV）

N

X2:

4

211

辅助逆变器输出N相

7

M8单孔接线端子

95mm2

（0.6/1kV）

VB1+

X3:

1

125

充电母线正线（负载）

8

M8单孔接线端子

70mm2

（0.6/1kV）

VB2+

X3:

2

117

充电母线正线（蓄电池）

9

M8单孔接线端子

95mm2

（0.6/1kV）

VB－

X3:

3

126

充电电源输出负线

10

M10接地螺柱

50mm2

（1.8/3kV）

无

箱体接地点

8.2控制信号接口

辅助电源箱主要包括1个控制信号连接器XS1，包括两个4芯模块、三个12芯模块和一个空置模块。

。

XS1车辆侧连接器型号以及接口定义分别见表2-表5。

表2XS1-Pos.abⅠ：

CAN通信模块（4芯模块）

序号

线号

端子号

连接方式

线规

代表意义

1

CANL-A

XS1-Pos.abⅠ1

4芯

连接器

三芯屏蔽3*0.5mm²

辅助电源CANopen

网络通信

2

CANH-A

XS1-Pos.abⅠ2

3

GND-CANA

XS1-Pos.abⅠ3

4

SCR-CANA

XS1-Pos.abⅠSCR

表3XS1-Pos.abⅡ：

CAN通信模块（4芯模块）

序号

线号

端子号

连接方式

线规

代表意义

1

CANL-B

XS1-Pos.abⅡ1

4芯

连接器

三芯屏蔽3*0.5mm²

辅助电源CANopen

网络通信

2

CANH-B

XS1-Pos.abⅡ2

3

GND-CANB

XS1-Pos.abⅡ3

4

SCR-CANB

XS1-Pos.abⅡSCR

表4XS1-Pos.c：

RS485串口通信与CAN通信模块（12芯模块）

序号

线号

端子号

连接方式

线规

代表意义

1

485A2

XS1-Pos.c1

12芯

连接器

四芯屏蔽4*1mm²

辅助电源RS485串口通信接口

2

485B2

XS1-Pos.c2

3

GND-232

XS1-Pos.c7

4

232PRG_EN

XS1-Pos.c8

7

232T1

XS1-Pos.c5

四芯屏蔽4*1mm²

辅助电源RS232串口通信接口

8

231R1

XS1-Pos.c6

9

232T2

XS1-Pos.c11

10

232R2

XS1-Pos.c12

表5XS1-Pos.e：

蓄电池温度检测模块（12芯模块）

序号

线号

端子号

连接方式

线规

代表意义

1

PT100A

XS1-Pos.e1

12芯

连接器

两芯屏蔽线2*0.5mm²

蓄电池温度检测

2

PT100B

XS1-Pos.e2

3

SCR-PT100

XS1-Pos.SCRB1

表6XS1-Pos.f：

辅助电源箱控制信号模块（12芯模块）

序号

线号

端子号

连接方式

线规

代表意义

1

12芯

连接器

2

3

4

5

EP-1

XS1-Pos.f5

1.5mm²,0.6/1kV

应急电源启动信号

6

EP-2

XS1-Pos.f6

1.5mm²,0.6/1kV

7

NB-OK

XS1-Pos.f7

1mm²,0.6/1kV

故障信息反馈信号

辅助故障时闭合

8

GND-NB

XS1-Pos.f8

1mm²,0.6/1kV

9

10

11

KM3-1

XS1-Pos.f11

1mm²,0.6/1kV

接触器状态反馈信号

12

KM3-2

XS1-Pos.f12

1mm²,0.6/1kV