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摘要：在我国快速的发展过程中，高铁车辆发展十分迅速，为了使动车组在出现弓网故障时能尽快驶离故障区域，或在故障区域等待救援时动车组空调能够继续工作，以提高乘客的舒适度，降低乘客的不满意度，提出一种采用动车组蓄电池供电来解决应急牵引或空调应急工作的系统及控制方法。该方法可以实现在任何一个线路区间发生供电故障时，车辆具备应急自走行功能，并且空调还能部分正常工作。试验表明，在同时发生应急牵引和空调应急工作的工况下，动车组最少可应急行驶20km，能极大提高突发事件的处置效率。
关键词：动车组；应急牵引；逆变；应急供电；蓄电池
引言
动车组在运行过程中，因供电接触网故障造成列车停电，动车组发生停电故障后，只能够原地等待救援，而动车组用于救援的热备车均存放在动车所，如果被救援动车组远离动车所，则需要等待较长时间才能得到救援。目前动车组应急电源的功率及容量仅能提供紧急情况下短时通风和应急照明用电，容易因车厢内高温、缺氧等因素造成现场混乱，存在极大的安全隐患。在城市轨道交通领域中，某些列车出现此类停电故障后，可以通过车载储能系统将列车应急自牵引至就近车站。以磷酸铁锂电池组作为应急牵引动力电池组，应急牵引工况时，通过闭合接触器将电池组接入牵引系统中间环节，直接为牵引逆变器供电。设计了混合动力方案，通过ＤＣ １１０Ｖ蓄电池组与超级电容共同为应急牵引供电，应用超级电容减小起动阶段大电流对蓄电池的冲击。将储能元件通过ＤＣ／ＤＣ变换器接入供电环节，实现应急牵引。尽管应急自牵引技术在城市轨道交通中取得了一定的发展，但在动车组应急自牵引技术方面的研究却几乎空白。动车组与城市轨道交通列车相比较，在列车供电制式、线路条件等很多方面存在较大差异，城市轨道交通方面的研究经验无法从根本解决动车组应急自牵引问题。
1系统概述
采用动车组蓄电池实现应急牵引和空调应急工作的供电系统，包括多组蓄电池、双向充电机、辅助变流器、牵引变流器、空调装置、1条整列车贯通线与多条非贯通线、贯通线接触器等。其中，供电电源为蓄电池。根据动车组运行线路条件和要求，结合动车组牵引、辅助系统及直流供电系统设备配置情况。正常工况下电能流向如图1中绿色箭头所示，牵引变流器中间直流环节电压为DC3000~3600V，经辅助变流器变换为三相AC380V/50Hz交流电为空调等车辆辅助负载和充电机供电，充电机输出DC110V为车辆直流负载供电，同时对蓄电池进行充电。当发生紧急情况，蓄电池组并联使用为整列车提供DC110V电源，整车DC110V贯通，双向充电机从DC110V贯穿线取电，逆变输出三相AC380V/50Hz电源，可为客室空调设备供电，或者经辅助变流器进行AC/DC变换后形成牵引变流器中间电压为牵引逆变器提供所需电能，驱动牵引电机工作。在实际应用中，可根据需要行驶的距离、爬坡能力和空调供电需求设置蓄电池的容量和需要启动的动车数量。
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图 1 动车组蓄电池应急供电系统结构框图
2控制方法
2.1CRH5型动车组高压接触器故障的判断与应急处理
高压接触器故障包括接触器本身故障、接触器触点及其连接的线插插头烧损等等。当CRH5型动车组出现高压接触器故障后，直观现象是DJ无法正常闭合，相应故障单元牵引变压器切除，动车组没有牵引力，无法正常开车。如果CRH5型动车组在出库时或运行途中出现接触器故障，没有足够的时间进行故障的下载、分析和处理，可以通过以下方法进行应急操作，以保证正常运行。一般情况下，导致DJ不能正常闭合的情况不外乎网压超出正常范围、牵引变压器故障、网络通讯不良、DJ本身故障、高压接触器故障等几种情况。通常，网压超出正常范围、网络通讯不良导致DJ无法闭合，通过对动车组的大、小复位操作可以恢复，若通过复位，故障仍然存在，按照由易到难的故障查找原则，可以先假定是接触器故障。首先确认升弓的车辆，不妨假设升3车受电弓，可以手动切除DJ1和6车主变压器，小复位后手动闭合DJ，有两种情况：（1）如果能够正常闭合，并且1、2、4车牵引辅助变流器工作正常，可以判定故障车为7车或者8车。恢复切除的DJ1和6车主变压器，分别单独切除7车或8车的牵引，确认故障车辆，如果切除7车可以闭合DJ，则可判定为是6车SAZ11或KSAZ12接触器故障，如果切除8车可以闭合DJ，则可判定为6车KSAZ21或KSAZ22接触器故障，确认之后，切除单车牵引，闭合DJ即可正常开行。（2）不能正常闭合，可以初步判定是1、2、4车，首先切除4车牵引，恢复切除的DJ1和6车主变压器，手动闭合DJ，如果能闭合，查看监控TD屏，如果是6车KSAZ3工作，则可以判定为3车KSAZ31或KSAZ32接触器故障，切除4车牵引即可正常开车；不能闭合DJ，则可以判定为给1车或2车供电的高压接触器故障，分别单独切除1车或2车的牵引，进行手动闭合DJ，即可确认故障车辆，进而判定故障的接触器，切除单车牵引，闭合DJ可使动车组正常开行。通过以上应急处理，可以实现切除单车牵引，正常闭合DJ，且不用限制动车组运行速度，保证动车组正常运行。
2.2动车组蓄电池牵引运行最大速度控制
受限于蓄电池应急供电方案中双向充电机供电电压范围和功率输出限制，需要对蓄电池应急牵引运行模式进行特殊控制。当牵引变流器在空载运行时辅助变流器输入电压为三相AC380V，经过辅助变压器升压和辅助变流器不控整流后，变流器中间直流电压理论值约为1900V，考虑到牵引系统以最大功率输出时的压降和输入三相电压波动等因素，中间直流电压值按1500V考虑。
2.3牵引丢失应急处理方法
接地故障监控起作用（25EF）、牵引电机风扇接通状态异常（24D6）引起的牵引丢失，应急处理方法操作步骤一致：首先闭合主断路器，如果牵引系统正常，则牵引系统自动启动；如果故障频繁发生或者无法恢复，则在“开关，牵引”界面切除故障牵引变流器，大约30s后重新闭合主断路器，动车组以减少25%的牵引功率运行。
2.4当动车组蓄电池应急供电系统进入应急牵引模式，工作过程可分为以下几个步骤
a.双向充电机收到蓄电池牵引就绪指令后，蓄电池接触器K1先闭合，为2条列车贯通线（110V+和110V-）提供电源；然后充电机启动逆变功能，给辅助变流器提供三相交流电，同时反馈逆变启动完成信号给TCMS系统。b.牵引变流器收到蓄电池牵引就绪指令后，判断三相输入是否建立，待预充电、水泵启动完成后，将牵引变流器就绪状态反馈给TCMS系统。c.在蓄电池牵引模式下，待1个牵引变流器准备就绪完成10s后，显示屏提示驾驶员可操作司控器手柄，进入牵引模式工作。
结语
本文提出了一种以动车组DC110V蓄电池为应急牵引或空调供电的系统和控制方法，可以不通过提高蓄电池电压等级或额外增加牵引用蓄电池系统，提高利用现有车辆蓄电池能量。通过试验验证，满足设计要求，实现了在任何一个线路区间发生供电故障时，动车组均可通过应急自牵引方式，应急行驶至就近车站的功能。
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