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25T手册

25T型客车

供电系统和电气监控系统

前言

我国首列DC600V/AC380V兼容供电列车于98年在郑州铁路局武昌至北京正式开通运营，并达到了预期的目的。

此后，DC600V列车供电系统作为铁道部的一项技术政策，应用到高速列车和动车组，取得了良好的社会效益和经济效益。

从国家的能源政策和环境保护政策目的出发，以接触网供电的电力机车集中向客车供电的DC600V供电系统，无疑具有技术和经济上的优势；而在全国电气化铁路尚未完全成网时，从长远考虑，以DC600V/AC380V兼容供电系统，则是作为一种过渡模式。

DC600V供电系统应用过程中，铁道部有关部门组织了多次技术论证，对推动DC600V供电系统的应用和提高DC600V供电系统的技术水平起到了决定性作用；各科研和生产制造单位在实践中也不断认识和完善了DC600V供电系统。

DC600V供电系统有以下优点：

1）电力机车采用单相相控整流方式提供DC600V电源，采用两路供电，具有一定的冗余。

一路电源故障时，另一路仍可向客车供电。

2）各车厢逆变器放在车下，不占有客车空间。

不联挂发电车则可以多联挂一辆客车，增加客运收入。

3）各车厢独立性强，列车编组灵活。

4）DC110V全列贯通，各车厢DC110V供电系统互补性强，可靠性高。

5）供电系统可以实现集中控制，操作简单。

为适应日趋激烈的运输市场竞争的需要，铁道部决定在2004年4月18日进行第5次大提速。

四大干线的旅客列车运行速度将达到160km/h以上。

第5次大提速的主要机车是DF11内燃机车、SS9、SS7电力机车；其中电力机车全部实现接触网通过机车向客车供电，而内燃机车也将发电机组安装在机车上；提速的主型客车是我国自主设计制造的25T型客车，构造速度200km/h，运行速度为160—180km/h。

为保障列车的运行安全，提高旅客乘车的舒适度，25T型客车在25K客车的基础上，采用了许多新工艺、增加了很多新的设备，其中供电系统的变化最为明显，其标志是DC600V供电系统和DC600V/AC380V兼容供电系统。

25T客车DC600V供电系统和DC600V/AC380V兼容供电系统在铁道部的组织下，长客、四方、浦镇、唐山和四方所等单位，在25K型DC600V供电列车和2003部备25G型DC600V供电列车的基础上联合开发设计。

为便于现场使用维护，我们将整个供电系统的基本原理和主要部件的性能编写成册，简要介绍。

第一章系统概况

DC600V供电制式的空调客运列车，在电气化区段运行时，采用电力机车集中供电（DC600V）、客车分散变流供电方式。

在非电气化区段运行时，DF11客运大功率内燃机车本身带有辅助发电机，既可采用AC380V柴油发电机组集中供电，也可将发电机组输出整流以DC600V方式向客车供电，当实现电气化牵引后，采用DC600V直接供电，这就是DC600V/AC380V兼容供电系统。

DC600V供电系统工作原理框图见图1。

1电气化区段系统运行方式

电气化区段，新研制的客运（SS8、SS7、SS9）电力机车的列车辅助供电装置将受电弓接受的25KV单相高压交流电降压、整流、滤波成600V直流电。

机车上安装了两套DC600V电源装置，两套装置分两路通过KC20D连接器向空调客车供电。

空调客车通过电气综合控制柜自动（按车厢号分奇偶选择）将其中一路DC600V直流电送入空调逆变电源装置（简称逆变器）及DC110V电源装置（简称充电器）。

逆变器将DC600V直流电逆变成三相50Hz交流电，向空调装置、电开水炉等三相交流用电负载供电；充电器将DC600V直流电变换成DC110V直流电，给蓄电池组充电的同时向照明、供电控制等负载供电。

客室电热器采用DC600V电源直接加热。

25T客车的空调机组为1T1型。

采用2×35KW逆变器供电，主要从两方面考虑：

一是25T客车由于新增加了许多设备，单车负载容量较大；另一方面是为适应新的运行方式，增加供电系统的可靠性和安全性。

两台逆变器其中一台主要给空调机组供电；另一台给电开水炉、伴热器等交流负载供电。

正常情况下，两台逆变器相互独立，互为热备份。

但当其中一台发生故障时，由另一台负责继续向负载供电，只是部分受控负载要减载运行（如空调机组转入半冷或半热工况）。

客室电热器、温水器等电阻性负载，采用DC600V直接供电的方式。

一方面减轻了逆变器的冬季负载，另一方面减轻了电阻性负载引起的漏电流。

由于电气化区段每隔25km左右便有一个分相区（不同变压器之间换相）即无电区，逆变器在过分相区时停止输出，因此逆变器也没有三相交流输出。

为了避免照明负载的频繁断电，所以照明负载采用DC100V直流供电；在牵引区段，由充电器向照明负载供电，而过无电区时则由安装在车下的蓄电池供电。

同样，为了保证空调等控制电路的控制电器不频繁吸合和释放，控制电路也采用DC110V供电。

为了防止本车蓄电池放亏或故障，保证重要负载（如轴温报警器等）的供电，全列蓄电池通过阻断二极管并联。

尾灯、电话等设施从延续性的角度考虑仍采用DC48V供电。

2非电气化区段系统运行方式

非电气化区段，内燃机车牵引的DC600V/AC380V兼容空调客车既可采用大功率柴油发电机组供电，也可采用将发电机组交流输出整流成DC600V供电。

如果发电机组的输出为两路三相50Hz、380V交流电，空调客车通过电气综合控制柜自动选择其中一路的三相交流电直接向空调装置、电开水炉等三相用电负载供电；通过DC110V电源装置将三相AC380V变换成DC110V直流电，给蓄电池组充电的同时向照明、供电控制等负载供电。

如果发电机组以整流方式输出为两路DC600V直流电，空调客车通过电气综合控制柜自动选择其中一路DC600V直流电送入逆变器及充电器。

逆变器将DC600V直流电逆变成三相50Hz交流电，向三相用电负载供电；充电器将DC600V直流电变换成110V直流电，给蓄电池充电的同时向110V直流用电负载供电。

特点：

25T型DC600V/AC380V兼容供电客车，在主要考虑目前的AC380V集中供电的同时兼顾了DC600V供电系统，即兼容供电系统不仅可以运用在柴油发电机组AC380V集中供电系统，在电气化区段也可以直接用DC600V供电系统。

尽管可以由柴油发电机组集中供电，但由于要兼顾DC600V供电，因此DC600V/AC380V兼容供电25T型客车的照明和控制系统采用DC110V供电，车下安装中倍率碱性蓄电池和DC600V/AC380V－DC110V充电器；而空调机组、客室电加热、开水炉、温水器伴热等主电路全部采用AC380V供电（不同于电气化区段），控制电路则采用DC110V控制。

3关键技术

3.1电压制式的确定

DC600V供电电压制式的选择，参照了国外供电制式并结合我国国情和技术现状。

高压供电从经济性考虑无疑具备优势。

但是，采用高压供电系统必定将降压、整流和逆变器全部集中在客车上，其安装和配重难度较大。

而机车集中整流后向客车供电，在技术上没有太大的困难。

基于我国逆变器技术的现状，确定了600V电压等级，因为AC380V三相交流电压整流后的电压为DC540V，而直/交变换存在电压利用率问题，输出交流要达到380V，要求输入电压应在600V左右。

国外有540V、600V、660V、720V甚至750V等级。

我国采用DC600V电压等级，一方面可以提高逆变器的可靠性，另一方面这个等级的电压，实际在绝缘、耐压等方面与AC380V基本一致（？

），安全性好。

3.2逆变技术

将交流电变成直流电的过程称为整流，将直流电变成交流电的过程称为逆变。

电力机车接触网电压是单相供电而且供电品质很差，不能降压后直接供给列车的用电负载，因而必须用到逆变技术，将单相交流电变成直流电后再逆变成三相交流电供给客车负载。

近几年，国内逆变技术已达到实用化程度，为DC600V列车供电提供了技术基础。

客车空调逆变器的基本原理为：

在每个正弦波周期内，将直流电压分割成若干个脉冲，这些脉冲的面积，正好等于正弦波的面积。

通常情况下，一个周期内脉冲的个数乘以50即为调制频率（什么意思？

），调制频率越高，输出的脉冲个数越多，在没有滤波器时，电动机负载的电流越接近于正弦波，而如果有滤波器，则滤波器的体积可以减小，输出电压波形的谐波成分越低。

调制频率越高，对IGBT的驱动和保护要求越高，技术难度大。

3.3变频变压（VVVF）技术

电动机在启动时，存在7倍左右的电流冲击，如果不采取软启动方式，逆变器必须至少有7倍以上的额定容量，显然极不经济；同时机车电源也要承受启动电流冲击。

如果能做到启动电流较小或基本与额定电流一样，则比较经济而且可靠性高。

采用输出电压（V）和输出频率（f）同时变化并保证V/f=C（常数）即可实现软启动。

电动机有两个基本公式：

U=Ceфf-----

（1）

M=CmфI-----

（2）

上述两个公式中，Ce、Cm为常数。

由公式

（1）可以看出，电压U降低而频率保持不变，则磁通ф减小，而根据公式

（2），磁通ф减小，必然要增大电流才能保证启动转矩M。

而如果保证在电压变化时，频率也保持同步变化，即U/f等于常数，则启动过程中磁通ф保持不变，在保证启动转矩M的同时，可以使启动电流减小，这就是软启动的原理。

负载直接启动而不实行VVVF启动的方式称为强迫启动或突投。

兰色为强迫启动电流波形，红色为软启动电流波形。

3.4大功率高频开关电源

DC600V供电系统中的充电器是供蓄电池充电及照明控制等系统用电的重要设备，由于输入为DC600V（或AC380V），因此必须采用DC/DC变换技术。

为了减小充电器的体积和防止高压窜入低压系统，采用高频绝缘式DC/DC变换器。

高频绝缘式充电器在铁路上的应用，其主要技术特点：

采用电压电流双闭环控制，实现蓄电池恒流定压充电。

采用软开关技术，减小IGBT高频开关损耗，效率达到92%。

采用先进的非晶态铁芯制造变压器，减小充电器的体积。

IGBT的开关频率达到20KHZ以上，避开了音频区域，减小充电器的电磁噪音。

3.5综合控制技术

新造25T型DC600V和DC600V/AC380V兼容供电客车采用了智能化综合控制技术，供电系统的转换与控制、空调系统的控制与保护、电源装置的启动与监测等，是基于PLC为核心的智能化控制。

可以在触摸屏上设置车厢号、车辆编号；设置电源和空调机组的保护值；设置空调制冷、采暖的转换温度；显示逆变器充电器的工作状态、输入输出参数和故障诊断信息；可以记录电源的运行状态和参数；空调机组的工况和运行参数；记录压缩机、电热器的运行时间和电流参数；可以根据温度传感器自动控制空调装置的工况转换；可以记录电气系统内出现的故障；可以通过触摸屏控制其他车辆的电源和空调工况。

DC600V/AC380V兼容供电客车，除具备DC600V供电系统的功能外，还增加了直流、交流电源的自动识别、转换和手动选择；通过电压传感器、频率传感器的采样，区分直流供电和交流供电，并自动进行转换和运行参数的记录等。

3.6网络监控技术

25T型客车采用新的运行管理体制，即每列车只设一个乘务员，因此除对客车供电系统的可靠性和安全性提出更高要求外，还要实现无主式网络监控。

25T型客车采用LONWORKS网络技术，实现了无主式网络监控。

所谓无主式网络监控是指在任何一个车厢都能对全列其他车厢进行监控，而监控的概念包含监视和控制两个功能。

监视功能包含对本车电气系统信息的监视和对他车电气系统信息的监视。

由于控制和保护装置安装在车辆不同的位置，因此为便于乘务人员的检查，在电气综合控制柜的触摸屏上集中显示本车的供电状况和供电参数、空调系统的运行工况和运行参数、轴温报警器每个轴位的轴温信息、防滑器的工作状态和信息、车门的状态、烟火报警器的工作信息、车下逆变器充电器的工作状态和运行参数等。

可以在任何一节车厢对他车的电气系统进行监视，监视的内容与本车显示内容一致。

在触摸屏上，乘务人员除可以控制本车的供电转换和空调运行工况，还可以对全列其他车厢的空调和供电工况进行控制。

25T型客车除了实现电气系统的无主式监控外，还在工程师室设置了主控站。

其主要功能是：

将全列车每个车厢的供电系统信息集中到工程师室内显示；将供电系统的各种参数信息和故障信息集中存储在数据记录卡，和地面计算机进行转存，以便检修和日常管理。

主控站还对机车供电电源的输出参数以曲线的形式显示出来，使乘务人员在客车上能对机车电源的输出进行直观的分析和判断。

3.7车辆运行数据无线传输装置

无线数据传输装置综合了LONWORKS网络技术、卫星定位系统（GPS）技术、通用分组无线业务GPRS技术、地理信息系统（GIS）和计算机网络通信技术；将列车电气系统LONWORKS网络上的信息和车下走行部分安全监测故障信息收集起来，通过无线传输方式传送到地面数据接收装置，地面数据中心的应用程序将车辆信息解析后形成数据库，供用户使用。

用户根据自己的权限，可登录固定的网站，查看所属列车运行的当前信息和历史数据。

这些数据包括每节客车所处的供电电源回路、电源电压、总电流、空调状态、电热器状态、车厢室内温度、轴温报警器工作状态、防滑器工作状态、烟火报警器、逆变器充电器、车门等的状态；可以查询车辆安全运行系统诊断的故障信息；可以显示列车的其始和终止时间、当前时间、运行区间、累计运行里程等信息；可以根据GPS信息，建立车辆动态运行电子地图。

第二章供电及用电设备主要技术参数

1．电力机车供电装置

供电容量：

800KVA

额定供电电压：

600VDC5%（对应网压25kV）

最低供电电压：

530VDC（对应网压19kV）

网压低于17.5kV时，机车欠压保护起作用，停止向客车供电。

输出电压纹波（峰—谷值）小于额定值的10%。

注：

必须注意避免电源装置与用电设备之间可能产生的电压振荡，尤其是在客车负载变化范围较大的情况时。

司机台上应设置具有机械、电气连锁功能的供电操作钥匙，用于投切列车供电电源，仅在停止供电位方能取出钥匙。

两路供电装置应分别设有接地保护电路，交直流侧过载、过流、过电压保护电路，输出端短路保护，输出电压、输出电流显示装置及用电计量装置。

停止供电后，1min内输出电压应降至36V以下。

2．车端连接器

2.1DC600V电力连接器（KC20D）

DC600V电力连接器采用二极四芯结构。

主要技术性能

a．额定电压：

DC750V；

b．额定电流：

670A；

c．接触电阻：

≤0.0002Ω；

d．绝缘电阻：

（1000V兆欧表）正常条件下≥800MΩ；

湿热试验后≥100MΩ；

e．介电强度：

工频3000V；

f．温升：

≤60K；

g．插拔寿命：

≥5000次；

h．插头对电缆导线截面：

4×120mm2

i．外壳涂塑，桔红色；

2.2DC110V电力连接器

DC110V电力连接器采用二极二芯结构。

主要技术性能

a．额定电压：

DC250V；

b．额定电流：

130A；

c．接触电阻：

≤0.0002Ω；

d．绝缘电阻：

（500V兆欧表）正常条件下≥800MΩ；

湿热试验后≥100MΩ；

e．介电强度：

工频耐压2000V；

f．温升：

≤60K；

g．插拔寿命：

≥2000次；

h．插头对电缆导线截面：

2×35mm2

i．外壳涂塑。

2.3控制连接器（39芯）主要技术性能

a．额定电压：

250V；

b．额定电流：

15A；

c．射频同轴接触对最高使用频率100MHz，标称特性阻抗75Ω，电压驻波比<1.3Ω；

d．接触电阻：

同轴接触对内导体接触电阻≤0.01Ω；

外导体接触对电阻≤0.005Ω；

其余接触对电阻应≤0.002Ω；

e．绝缘电阻：

（500V兆欧表）正常条件下≥500MΩ；

湿热试验后≥100MΩ；

f．介电强度：

工频耐压1500V；

g．温升：

≤60K；

h．插拔寿命：

≥2000次。

3．干线电缆

干线输电总容量为400KVA。

选用电压等级为750V、长期工作温度不低于125C的机车车辆用低烟无卤阻燃电线电缆。

4．空调逆变电源装置（逆变器）

额定输出容量：

2×35KVA

额定输出电压：

三相交流电压有效值380V±5%（准正弦波输出，谐波含量<10%）

单相交流电压有效值220V±5%（准正弦波输出，谐波含量<10%）

额定输出频率50Hz±1Hz

三相四线变压器输出容量：

≥10kVA

输入DC600V电压

额定电压：

DC600V；

最高电压：

DC660V；

最低电压：

DC500V；

输入电压纹波（峰—谷值）小于额定电压值的15%（瞬态过电压允许720V持续时间大于2s、1200V持续时间大于200us）。

控制电源电压

额定工作电压：

DC110V；

最高工作电压：

DC135V；

最低工作电压：

DC77V；

电源纹波电压峰谷值UP-P不超过40V。

变换效率：

≥90%（额定输出负载）。

主要功率器散热器件表面温升：

＜40K。

5．蓄电池组

中倍率碱性蓄电池。

额定电压96V（暂定为80节），容量120AH（碱性中倍率）。

保证列车直流负载用电不小于3h，电池组的终止电压应不低于88V。

蓄电池组应有短路保护，各极对箱体间的绝缘电阻应不小于20MΩ。

蓄电池组使用寿命应不少于6年

6．DC110V电源装置（充电器）

6.1输入DC600V电压

额定电压：

DC600V；

最高电压：

DC660V；

最低电压：

DC500V；

输入电压纹波（峰—谷值）小于额定电压值的15%（瞬态过电压允许720V持续时间大于2s、1200V持续时间大于200us）。

6.2输入3AC380V电压

额定电压：

3AC380V；

最高电压：

3AC440V；

最低电压：

3AC340V；

额定频率：

50Hz±1Hz

6.3控制电源电压

额定工作电压：

DC110V；

最高工作电压：

DC135V；

最低工作电压：

DC77V；

电源纹波电压峰谷值UP-P不超过40V。

6.4输出电压

额定输出电压：

DC119~123V（可调）

6.5输出电压稳态调整率：

≤±1%。

6.6输出电压纹波：

峰－谷值≤10V（与蓄电池并联）。

6.7输出容量：

≥8kW。

6.8充电器变换效率：

≥92%（额定输出负载）。

6.9主要功率器散热器件表面温升：

＜40K。

7．客室电加热器（包括北方车端部电加热、客室采暖用电加热器）

工作电压：

DC600V

其它性能与现客车用电加热器性能要求一致。

8．照明变换器

输入电压:

额定110VDC，最高135VDC，最低工作电压77VDC。

输出功率：

配15W、20W、30W、40W日光灯。

工作环境温度：

20C~+75C（北方车为40C）。

9．综合控制柜

9.1综合控制柜的控制单元由可编程序控制器（以下简称PLC）CPU单元及其扩展I/O单元、触摸屏组成。

9.2电源电压

主电路

AC380V

额定工作电压：

三相交流380V

电压波动范围：

三相交流323V～437V

额定工作频率：

50Hz±1Hz

DC600V

额定工作电压：

DC600V

电压波动范围：

DC500V～DC660V

控制电路

额定工作电压：

DC110V

电压波动范围：

DC77V～135V

PLC、触摸屏电路

额定工作电压：

直流24V

电压波动范围：

直流20.4V~26.4V

信号采集电路（传感器）

额定工作电压：

直流12V

电压波动范围：

直流11.4V～12.6V

输出电压范围：

直流0～10V；0～5V

9.3PLC、触摸屏及传感器供电电源

额定输入电压：

直流110V

输入电压波动范围：

直流77～135V

额定输出电压：

直流24V（±5%）；

直流12V（±5%）

额定输出电流：

DC24V不小于3A；DC12V不小于1A

电压调整率：

不大于1%

电流调整率：

不大于1%

输出电压纹波峰-谷值（VP-P）：

不大于1.0V

变换效率：

大于80%

9.4控制功能要求

综合控制柜应具有供电电源转换功能、空调机组及客室加热控制功能、照明及应急供电功能、联网集中控制功能。

9.5结构及外观要求

9.5.1综合控制柜的柜体采用落地式框架结构，柜体骨架应有足够机械强度及刚度，最大外形尺寸：

2000mm×1300mm×350mm（高×宽×厚）（高包车高度为2050mm。

上柜外形尺寸：

850mm×1300mm×350mm（高×宽×厚）。

9.5.2综合控制柜框架结构分为上下两层。

上下柜之间的连线采用笼式弹簧夹持单元（回拉式弹簧接线端子）连接。

柜内端子及导线标记应符合《铁道客车配线布线规则》。

9.6绝缘电阻

综合控制柜内主回路及控制电路各相间及各相对地间的绝缘电阻值应符合《铁路客车综合控制柜技术条件》（修订稿）要求。

9.7介电强度

在绝缘电阻符合9.6的情况下，综合控制柜主电路各相间及各相对地间施以工频2000V电压（泄漏电流设定值为：

20mA），持续1min应无击穿或闪络现象（控制电路及直流电路不进行耐压试验）。

9.8发热温度极限

综合控制柜在正常安装条件下，对电器元件的电压线圈加以最大电压，对电流线圈、触头等导电部件通以额定电流，各电器零部件在最高环境温度下发热温度极限《铁路客车综合控制柜技术条件》（修订稿）要求。

9.9系统功能要求

触摸屏功能

现场设定参数，进行电源供电转换、空调机组运行等功能单元运行工况的操作，实时显示各功能单元的运行状态、主要参数及故障现象，并能记录一定时间内的运行参数。

通过触摸屏可以调出3小时以内的各种工作状态和运行参数，正常运行状态时每隔10min记录1次，超过3小时后自动刷新。

电源供电转换功能

综合控制柜的供电电源有AC380V和DC600V两种，每种电源分两路供电，通过电源转换开关可设置“交流供电”、“直流供电”“停”、“自动”、“试验Ⅰ路”和“试验Ⅱ路”位。

当选择“交流供电”时，供电系统为发电车集中供电；当选择“直流供电”时，供电系统为机车集中向客车供电。

空调机组控制功能

通过空调工况转换开关可将空调机组控制设置为“自动”、“试验冷”或“试验暖”位。

空调工况转换开关置于“自动”位

自动控制功能应符合《铁路客车综合控制柜技术条件》（修订稿）要求。

空调工况转换开关置于“试验”位

PLC因故障停止工作时，可将空调工况转换开关置于“试验暖”或“试验冷”位，手动控制空调机组运行。

“试验冷”可实现强通风、半冷和全冷工况；“试验暖”可实现弱风、半暖和全暖三种工况。

照明控制功能

照明控制采用手动控制，照明采用DC110V供电。

照明控制开关设在乘务员室内（特殊要求除外），通过控制开关可实现车内照明的控制。

网络通讯功能

本车轴温信息、防滑器信息、车门状态信息、车下电源装置、烟火报警器信息等通过网络连接，在触摸屏上集中显示。

列车设两路双绞屏蔽网络线，通过综合控制柜内网线转换开关与柜内网关连接，可实现全列集中监视和控制。

通过网络实现全列监视，即在任何一节车厢的触摸屏上可以