动车组配电柜故障类型详解

CRH380D型动车组的电路安全保护是基于既有CRH1型动车组来进行设计的，但CRH380D动车组整体电气原理相对既有CRH1型动车组更复杂，因此，对于电路安全保护的要求更高，在前期设计阶段联合庞巴迪德国公司做了大量的调查研究，庞巴迪还借助宇航集团的设计验证方法在德国设计中心为CRH380D控制系统搭建了1：1“铁鸟”试验台，通过模拟电气线路运用环境，进一步完善了电路安全保护的设计原理，为后期电路安全保护的细节设计提供了大量宝贵的数据支持。
　　1.电路特点
　　1.1 直流供电
　　CRH380D型动车组直流供电由4组蓄电池和4个充电机提供，一组蓄电池和一个充电机称为一套，4号车、5号车各2套，通过并联模式将DC110V电源向各级供电母线供电，任何一组出现故障不影响列车车辆正常运行。DC110V电源从车辆总线分配到车辆负载，主要负载包括列车控制和管理系统（TCMS）、门系统、无线电、控制元器件（如：断路器、继电器、按钮开关等）、照明等，每路负载均通过断路器进行保护，为防止故障扩大，在蓄电池充电机与总线之间用断路器进行保护。
　　1.2 交流供电
　　CRH380D型动车组车上交流供电由4个辅助变流器ACM提供，1、3、6、8号车各一套，通过并联模式将三相四线制AC400V、50Hz电源提供到车辆总线，供列车交流设备使用，主要负载有列车采暖、通风和空调、变流器电机和变压器的冷却、蓄电池充电机等，每路负载均通过断路器进行保护。
　　2.保护措施
　　为了保障CRH380D型动车组安全运行，在电路安全方面针对不同的负载采取了多种安全保护措施，确保设备安全稳定可靠。
　　2.1 电线电缆保护
　　电线电缆的截面积是根据预期的工作条件（如电流、电压降、环境温度、敷设方式等）， 经过计算而确定的，应充分考虑负载短路和短时过载。动力线槽中的电缆采用分层并排铺设，每层与每排电缆之间都有一定距离，便于散热，以防止热量聚集造成的安全隐患。选用连接可靠的笼式和螺柱式接线端子排，进行内部分线和外部连接。对于不同的电器件和连接器，选用适合的端子和压接针，以保证连接的可靠性，防止因接触不良放电打弧造成安全隐患。
　　2.2 级联保护
　　CRH380D动车组使用断路器对大多数的负载设备做短路及过载保护。并且采用多个断路器级联保护。为了能够使选择的断路器在系统发生故障时起到保护作用，确保下级断路器动作要快于上级断路器动作，需要根据负载设备的电气性能及特性来对断路器进行选型。下面以Tp2车辅助交流供电系统为例来进行说明。如图一所示。当车内一位端通过台插座发生短路故障时，负责控制该插座的断路器33-F71会立刻脱扣提供一级保护；如果车内一位端通过台插座发生漏电故障时，负责控制该区域插座的漏电保护断路器33-F07会立刻脱扣提供二级保护；如果提供二级保护的断路器33-F07或线路发生短路故障时，负责控制该分支母线的断路器33-F01会立刻脱扣提供三级保护。
　　车上电气柜、车下分线箱内分别设有断路器指示回路。每个断路器的辅助触点串联，当某处断路器脱扣，将向列车通信与管理系统（TCMS）发送故障信号。列车智能显示单元（IDU）将显示B类故障报警及故障所在位置。
　　2.3 针对不同系统特性采用组合保护方式
　　针对不同的系统特性，我们采用了组合保护方式确保设备安全工作。下面分别以直流和交流供电系统为例阐述保护方式。
　　2.3.1蓄电池保护
　　1）蓄电池线路保护
　　蓄电池通过断路器实现线路保护。蓄电池供电系统结构框图如图二所示。
　　2）蓄电池放电保护
　　蓄电池深度放电可能导致蓄电池性能降低。蓄电池深度放电的5分钟之前，IDU显示一条相应的警告。当电池容量低于10%时不再能够开动列车。
　　3）蓄电池温度保护
　　蓄电池温度通过装在蓄电池上的温度传感器进行测量，经FMS90管理系统将信号发送到TCMS。
　　2.3.2充电机保护
　　充电机电路原理框图如图三所示。蓄电池充电机检测诸如输入过压或欠压，输出过压、过流、短路，电池和散热片温度过高之类的错误状态。蓄电池充电机确保在任何输入条件下，包括任意时间内的电力中断，外部连接负载或蓄电池都没有临界电压出现。输入保险丝F1～F3保护电源模块，保险丝F4、F5保护控制模块，以防内部短路。
　　2.4 接地保护
　　CRH380D动车组不但有严格的短路及过载保护方式，而且有安全的接地保护，保证系统故障时，不发生人身事故及火灾事故。
　　2.4.1 DC110V系统接地
　　直流辅助供电系统为确保可靠接地，负线在拖车（T2或 Ts2）车通过两点直接接地，为避免杂散电流引入，两点相邻（见图四所示）。负线电源侧直接接地，确保正线的任何一点接地均可被及时监测到，负线已接地因此不需再做监测，可以减少相应的维护工作量。同时所有电气负载的可导电表面也都可靠接地，确保直流辅助供电系统处于TT模式。接地框图如图四所示。
　　2.4.2 AC400V系统接地
　　辅助变流器ACM的输出通过接触器与外部三相母线实现连接、断开。辅助变流器ACM内部接触器闭合前，N线直接接地，同时所有负载的可导电表面可靠接地，确保正常工作时交流辅助系统处于TT模式。接地框图如图五所示。 　　2.5 设备保护
　　2.5.1电机运转类设备保护
　　变压器冷却风机、油泵、主压缩机、牵引风机和空调风机之类的运转设备由于自身特性，一般选用具有过载保护、短路保护和缺相保护的电机起动器进行保护。
　　下面以Tp2车变压器冷却风机、油泵的保护方式为例进行描述，如图六所示。变压器冷却风机、油泵由车辆总线供电，冷却风机供电保护方式：
　　从车辆总线到车下分线箱，线路由辅助变流器ACM进行保护；
　　从车下分线箱到变压器控制箱，线路由断路器进行保护；
　　从变压器控制箱到变压器冷却风机、油泵，线路由电机起动器进行保护。
　　电机运转类负载均设有单独的检测回路。当电机保护器脱扣，或接触器故障时，结合设备起动命令状态，列车通信与管理系统（TCMS） 可以判断其工作状态，列车智能显示单元（IDU）可显示故障报警及故障位置。以变压器冷却风机为例， 如图七所示。TCMS根据MIO接收的故障状况可做出相应的处理。如高速回路故障，则切换到低速，反之切换到高速。同时故障则封锁该设备
　　2.5.2非运转类设备的安全保护
　　a.车内电加热器
　　车内电加热器在空调控制柜内设有过流保护的继电器，在电加热器内部还设有超温保护探头，可以在加热器温度过高的情况下及时断开电源，保证设备的安全。
　　b.车内电开水炉
　　车内电开水炉自身带有的断路器提供一级保护，在交流配电柜中设有断路器提供二级保护。
　　c.水系统伴热线
　　通过带剩余电流保护功能的断路器，为水系统的伴热线的绝缘故障提供保护。
　　d.插座
　　考虑车上工作人员及乘客的人身安全，选用带剩余电流保护功能的断路器为车内插座电源线及负载的绝缘故障提供保护。另外，还对插座进行分区控制，当某一区域插座发生故障时，不会对其他区域插座的使用造成影响。以Tp2车为例，车内插座分布及控制如图八所示。
　　e.厨房设备
　　所有厨房设备，包括咖啡机、收银机、吧台插座等负载供电均由厨房电控柜统一控制。厨房电控柜集中放置系统所用断路器及其他电气元件，控制各个设备的供电，并有系统状态指示。
　　3.结束语
　　自CRH380D型动车组投入运营以来，安全可靠的电气保护措施得到了很好的验证，确保了列车长期的运行安全。