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摘要：简述地铁车辆的辅助系统功能，以杭州地铁1号线和2号线为例分析辅助系统两种中压供电方式的特点及故障情况下的处理方案和影响，并对其优缺点进行比较。
关键词：地铁车辆；辅助系统；并网供电；扩展供电
中图分类号：U231.8
1、 杭州地铁车辆简介
杭州地铁1号线和2号线均采用B 型车，分为司机室的拖车（Tc 车）、带受电弓的动车（Mp 车）和不带受电弓的动车（M 车）三种车型，列车采用由两个列车单元（Tc*Mp*M）组成的4动2托6节编组形式，每个Tc*Mp*M为最小可动单元。
2、辅助系统功能概述
辅助供电系统是地铁车辆的核心系统之一，其主要职责是为地铁车辆上的所有用电设备提供电源。如图1所示，辅助系统的上端是接触网，下端则是车辆负载。在车辆正常运营时，通过受电弓将接触网上的DC1500V输入至辅助系统，经由辅助逆变器转换输出中压AC380V/220V、低压DC110V，为车辆的空调、空气压缩机、主要设备的冷却通风、照明、各系统控制电路、列车网络系统、车载信号、通信设备及视频监控系统等提供电源。
图1中的变压器用于三相三线制的辅助系統，对于三相四线制的系统则不需要此设备。
3、中压供电系统的两种供电方式
地铁车辆的中压母线供电方式有多种，而并网供电和扩展供电是现有的地铁车辆上使用比较广泛的两种方式。下文将对这两种方式进行详细的阐述与比较。
3.1 并网供电
3.1.1 并网供电概述
并网供电，顾名思义就是让地铁车辆上所有的辅助逆变器并联到供电母线上，同时向全车的中压负载提供能源。
以杭州地铁1号线为例，在每节列车上设置一 台辅助逆变器，正常情况下，每台辅助逆变器均有一组三相三线输出AC380V电源，全车六台辅助逆变器三相输出并联，向车辆的中压母线供电，通过中压母线为全车的中压负载提供AC380V 50Hz 的电源。每节车设置一个AC380/220V 50Hz 变压器，输出AC220V 电源。
由于整个车辆只有一条并联了所有辅助逆变器的中压母线，在布置车辆的中压负载时就必须以整车为单位，综合考虑中压母线上各相的平衡性。
3.1 .2 辅助逆变器故障方案
当任一台辅助逆变器故障时，通过断开其输出接触器与列车中压母线隔离，不影响其它辅助逆变器的正常工作，列车可通过控制系统重新计算分配负载，进行降级运行。这样能有效降低供电故障对列车性能的影响，
以杭州1号线为例，辅助逆变器故障时的减载方案如下：
当1台辅助变流器故障时，剩余的辅助逆变器容量可以满足全车的负载，保证列车运行功能不会受到任何影响；
当2台或3台辅助逆变器故障时，整列车空调负载减半，不影响列车运营。
当4台辅助逆变器故障时，整列车空调仅保持通风。
3.1.3 母线短路故障
对于并网供电而言，母线短路故障是灾难性的。由于整车仅设置有一条中压母线，一旦母线上的任意一点发生短路故障，将导致整车的中压供电瘫痪，车辆也将直接失去运营能力。
3.2 扩展供电
3.2.1 扩展供电概述
与并网供电的母线结构相比较，以杭州2号线为例，扩展供电在母线的设置上与其相似，但在车辆的两个单元间增加了一个扩展供电接触器。
扩展供电以单元车组为单位，每个单元由各自的辅助逆变器提供中压。在正常情况下，可以将扩展供电看成两个独立的并网供电。每个辅助变流器输出1路AC380V 50H交流电，仅贯穿本单元，构成1路辅助中压母线，两个辅助变流器构成2条辅助中压母线。
对于扩展供电方式下的中压负载布置需同时考虑单元和整车的平衡性。
本单元辅助逆变器与另一个单元的辅助逆变器启动后，各辅助逆变器的输出接触器闭合，扩展供电接触器仍处在断开状态。因此， 两个单元辅助逆变器各自向本单元辅助系统供电。
本单元的中压负载全部挂在本单元的中压母线上，当一台辅助逆变器故障时，另一台辅助逆变器将通过扩展供电给故障逆变器的负载进行供电，实现整列车的中压供电。
3.2.2 扩展供电控制方案
（1）网络正常的情况下，当两个单元的辅助逆变器均正常工作时，TCMS（列车控制和监视系统）给出的扩展指令保持低电平，扩展供电继电器保持断开，从而扩展供电接触器保持断开，各单元单独供电。
（2）网络正常的情况下，当辅助逆变器1或辅助逆变器2故障时，TCMS才给出高电平信号，闭合扩展供电继电器，从而扩展供电接触器闭合，实现整列车供电；
（3）网络故障的情况下，由于不能判断辅助逆变器的状态，出于安全考虑，扩展供电接触器保持断开状态。
3.2.3 辅助逆变器故障方案
当一台辅助逆变器故障时，另一台辅助逆变器将通过扩展供电给故障逆变器的负载进行供电，此时列车空调处于半冷状态。
3.2.4 母线短路故障
由于扩展供电相当于设计了两条独立的中压母线，当其中一条发生短路故障时，将会导致本单元的中压供电丢失，而不会影响到另一单元。
4 两种供电方式的比较
并网供电对辅助逆变器输出的三相交流电同步性要求及其严格，除幅值同步外，还需要相位和频率同步，这对辅助逆变器自身的控制要求较高；而扩展供电，由于两个单元间中压母线是相互独立的，所以其对位于不同单元的辅助逆变器输出时序没有要求控制相对简单。从实用性角度分析，扩展供电相比较于并网供电，其可用性有所提高。
总结
对于日常运营任务繁重的城市轨道交通项目而言，扩展供电是更优的中压供电方式，所以扩展供电往往也被国内大部分地铁项目所使用。
参考文献：
1、康亚庆.地铁车辆辅助系统两种供电网络的分析，现代城市轨道交通，2009（04）
2、龚文斌，张卫东. Alstom地铁列车中压辅助供电形式的性能比较及优化，仪表技术，2011（01）
3、李轶斌. 中压交流并网供电技术在地铁列车上的应用，城市轨道交通研究，2012（06）
4、杜求茂，陈中杰，彭驹. 城轨车辆辅助供电系统的比较分析，电力机车与城轨车辆，2011（04）
关键词：地铁车辆；辅助系统；并网供电；扩展供电
中图分类号：U231.8
1、 杭州地铁车辆简介
杭州地铁1号线和2号线均采用B 型车，分为司机室的拖车（Tc 车）、带受电弓的动车（Mp 车）和不带受电弓的动车（M 车）三种车型，列车采用由两个列车单元（Tc*Mp*M）组成的4动2托6节编组形式，每个Tc*Mp*M为最小可动单元。
2、辅助系统功能概述
辅助供电系统是地铁车辆的核心系统之一，其主要职责是为地铁车辆上的所有用电设备提供电源。如图1所示，辅助系统的上端是接触网，下端则是车辆负载。在车辆正常运营时，通过受电弓将接触网上的DC1500V输入至辅助系统，经由辅助逆变器转换输出中压AC380V/220V、低压DC110V，为车辆的空调、空气压缩机、主要设备的冷却通风、照明、各系统控制电路、列车网络系统、车载信号、通信设备及视频监控系统等提供电源。
图1中的变压器用于三相三线制的辅助系統，对于三相四线制的系统则不需要此设备。
3、中压供电系统的两种供电方式
地铁车辆的中压母线供电方式有多种，而并网供电和扩展供电是现有的地铁车辆上使用比较广泛的两种方式。下文将对这两种方式进行详细的阐述与比较。
3.1 并网供电
3.1.1 并网供电概述
并网供电，顾名思义就是让地铁车辆上所有的辅助逆变器并联到供电母线上，同时向全车的中压负载提供能源。
以杭州地铁1号线为例，在每节列车上设置一 台辅助逆变器，正常情况下，每台辅助逆变器均有一组三相三线输出AC380V电源，全车六台辅助逆变器三相输出并联，向车辆的中压母线供电，通过中压母线为全车的中压负载提供AC380V 50Hz 的电源。每节车设置一个AC380/220V 50Hz 变压器，输出AC220V 电源。
由于整个车辆只有一条并联了所有辅助逆变器的中压母线，在布置车辆的中压负载时就必须以整车为单位，综合考虑中压母线上各相的平衡性。
3.1 .2 辅助逆变器故障方案
当任一台辅助逆变器故障时，通过断开其输出接触器与列车中压母线隔离，不影响其它辅助逆变器的正常工作，列车可通过控制系统重新计算分配负载，进行降级运行。这样能有效降低供电故障对列车性能的影响，
以杭州1号线为例，辅助逆变器故障时的减载方案如下：
当1台辅助变流器故障时，剩余的辅助逆变器容量可以满足全车的负载，保证列车运行功能不会受到任何影响；
当2台或3台辅助逆变器故障时，整列车空调负载减半，不影响列车运营。
当4台辅助逆变器故障时，整列车空调仅保持通风。
3.1.3 母线短路故障
对于并网供电而言，母线短路故障是灾难性的。由于整车仅设置有一条中压母线，一旦母线上的任意一点发生短路故障，将导致整车的中压供电瘫痪，车辆也将直接失去运营能力。
3.2 扩展供电
3.2.1 扩展供电概述
与并网供电的母线结构相比较，以杭州2号线为例，扩展供电在母线的设置上与其相似，但在车辆的两个单元间增加了一个扩展供电接触器。
扩展供电以单元车组为单位，每个单元由各自的辅助逆变器提供中压。在正常情况下，可以将扩展供电看成两个独立的并网供电。每个辅助变流器输出1路AC380V 50H交流电，仅贯穿本单元，构成1路辅助中压母线，两个辅助变流器构成2条辅助中压母线。
对于扩展供电方式下的中压负载布置需同时考虑单元和整车的平衡性。
本单元辅助逆变器与另一个单元的辅助逆变器启动后，各辅助逆变器的输出接触器闭合，扩展供电接触器仍处在断开状态。因此， 两个单元辅助逆变器各自向本单元辅助系统供电。
本单元的中压负载全部挂在本单元的中压母线上，当一台辅助逆变器故障时，另一台辅助逆变器将通过扩展供电给故障逆变器的负载进行供电，实现整列车的中压供电。
3.2.2 扩展供电控制方案
（1）网络正常的情况下，当两个单元的辅助逆变器均正常工作时，TCMS（列车控制和监视系统）给出的扩展指令保持低电平，扩展供电继电器保持断开，从而扩展供电接触器保持断开，各单元单独供电。
（2）网络正常的情况下，当辅助逆变器1或辅助逆变器2故障时，TCMS才给出高电平信号，闭合扩展供电继电器，从而扩展供电接触器闭合，实现整列车供电；
（3）网络故障的情况下，由于不能判断辅助逆变器的状态，出于安全考虑，扩展供电接触器保持断开状态。
3.2.3 辅助逆变器故障方案
当一台辅助逆变器故障时，另一台辅助逆变器将通过扩展供电给故障逆变器的负载进行供电，此时列车空调处于半冷状态。
3.2.4 母线短路故障
由于扩展供电相当于设计了两条独立的中压母线，当其中一条发生短路故障时，将会导致本单元的中压供电丢失，而不会影响到另一单元。
4 两种供电方式的比较
并网供电对辅助逆变器输出的三相交流电同步性要求及其严格，除幅值同步外，还需要相位和频率同步，这对辅助逆变器自身的控制要求较高；而扩展供电，由于两个单元间中压母线是相互独立的，所以其对位于不同单元的辅助逆变器输出时序没有要求控制相对简单。从实用性角度分析，扩展供电相比较于并网供电，其可用性有所提高。
总结
对于日常运营任务繁重的城市轨道交通项目而言，扩展供电是更优的中压供电方式，所以扩展供电往往也被国内大部分地铁项目所使用。
参考文献：
1、康亚庆.地铁车辆辅助系统两种供电网络的分析，现代城市轨道交通，2009（04）
2、龚文斌，张卫东. Alstom地铁列车中压辅助供电形式的性能比较及优化，仪表技术，2011（01）
3、李轶斌. 中压交流并网供电技术在地铁列车上的应用，城市轨道交通研究，2012（06）
4、杜求茂，陈中杰，彭驹. 城轨车辆辅助供电系统的比较分析，电力机车与城轨车辆，2011（04）