基于列车网络系统的地铁列车扩展供电控制

一、概述

辅助供电系统是地铁车辆上的一个必不可少的关键的电气部分, 它的主要功能是为空调、通风机、空压机、蓄电池、照明等低压辅助设备提供供电电源。输出的电源类型一般包括三相AC380V交流电 (含单相220V) 和直流DC110V。近年来, 随着通信技术及列车网络系统的发展和成熟, 作为地铁列车的关键系统, 列车网络系统已承担参与越来越多的安全或非安全相关控制, 也因此减轻了地铁列车硬线控制电路设计的复杂度, 并且已经成为一种趋势[1]。本方案设计基于6节编组地铁列车的辅助中压扩展供电方案, 由列车网络系统在不同情况下控制扩展供电接触器的断开及闭合。

二、扩展供电控制功能需求

采用扩展供电方案的地铁列车通常配置两台分别位于不同单元的辅助变流器同时连接到一条AC380V列车中压母线上。在中压母线上设置一个扩展供电接触器 (位于单元中间一个C车上) , 用于在两台辅助变流器都正常工作时, 断开列车中压母线, 各自供电, 其中一台辅助变流器故障时闭合, 由正常辅助变流器对整列车交流负载供电。此方案中扩展供电接触器的闭合与关断控制由列车网络系统完成。

扩展供电原理图如下图1所示

辅助变流器启动按钮在司机台操作, 列车网络系统需检测此按钮的状态以及辅助变流器通信状态、三相输出及故障状态、高压状态等[2]。扩展供电接触器状态、闭合故障及断开故障需要在司机台显示单元上显示, 同时在故障记录仪中记录。

三、控制方案设计

本方案采用列车网络系统控制软件进行扩展供电控制, 辅助变流器启动按钮、通信、三相输出、故障及高压等状态由列车网络系统中央控制单元实时监控, 根据状态进行逻辑诊断后控制扩展供电接触器的断开或闭合, 控制指令通过远程输出模块输出直接驱动扩展供电接触器动作。具体控制逻辑如下图2所示。

(一) ESK (扩展供电接触器) 控制条件

(1) 任意一个APS (辅助变流器) 启动按钮激活; (3) 不控制。

(二) ESK断开控制

(2) 两APS都通信正常且都检测到高压且都无故障延时10s; (4) 输出ESK断开指令; (5) 延时5s, ESK是否断开? (6) 取消APS禁止启动指令, APS启动工作, DDU (司机显示单元) 显示ESK断开; (7) DDU显示ESK闭合且提示:ESK断开故障。

(三) ESK闭合控制

(8) 一台APS三相输出正常, 另一台APS输出不正常持续30s或出现重大故障持续5s; (9) 禁止故障APS启动; (10) 延时5s后输出ESK闭合指令; (11) 延时20s, ESK是否闭合? (12) 扩展供电, DDU显示ESK闭合; (13) DDU显示ESK断开且提示:ESK闭合故障; (14) ESK断开并取消APS禁止启动指令。司机台任意一个APS启动按钮激活时则进行ESK的控制, 否则VCU (列车网络系统中央控制单元) 不执行EKS控制功能。当VCU检测到两APS都通信正常且都检测到高压且都无故障时, 延时10s输出ESK断开指令。指令输出后延时5s, 若ESK已断开, 取消APS禁止启动指令, APS启动工作, DDU显示ESK断开, 若延时5s, ESK仍闭合, DDU显示ESK闭合并提示ESK断开故障[3]。当VCU检测到一台APS三相输出正常, 另一台APS输出不正常或出现重大故障持续30s, 则禁止故障APS启动, 延时5s后输出ESK闭合指令。在指令输出后20s, 若ESK闭合, 则扩展供电成功, DDU显示ESK闭合, 若指令输出20s, ESK仍断开, 则扩展供电失败, DDU显示ESK断开并提示ESK闭合故障, 尝试两次依然断开, 列车网络系统重新唤醒前不在闭合ESK。

四、软件模块化设计

以上控制逻辑在软件中可设计为3个功能模块, 1:ESK控制条件;2:ESK断开控制;3:ESK闭合控制, 该3个模块分别对应上图1中的1-3。所有模块功能均在列车网络系统中央控制单元中实现。模块化设计对于不同需求的应用来说非常的灵活, 可根据不同项目功能需求进行调用, 并且模块的修改也非常方便, 单独功能的变化不会影响其它功能模块的变化, 可有效提高设计效率、软件的易维护性及可靠性。

该模块设计已在深圳地铁列车上使用并通过验证, 其控制相对简单、逻辑严密, 取得良好使用效果。

五、结语

本文提出的基于列车网络系统控制的地铁列车扩展供电控制方案, 可以减少列车硬线及设备数量, 利于布线、设备布置及列车重量控制, 并且软件逻辑控制相对简单、模块设计灵活、可靠性、可维护性较高, 能够很好的满足车辆及用户的要求。

摘要：典型地铁列车中压供电考虑较多的为并网供电或扩展供电的方案。目前并网供电辅助变流器设备较多, 安装维护等较为麻烦, 并且并网供电控制逻辑复杂, 故障点较多。本文提出一种采用列车网络系统 (列车控制与诊断系统) 控制软件控制列车扩展供电的方案, 并对该方案进行了软件模块设计、代码编写及测试验证等。相比之下, 该方案具有设备数量少, 逻辑控制简单、可靠性高、安装维护方便等优点。

关键词：列车网络系统,扩展供电控制