第一部分 客车供配电装置
为了满足旅客和乘务人员旅途生活需要和改善车内卫生环境,在客车上设置一些电气装置,这些电气装置需要由供电设备供电并实行电气控制和检测,我们把这一类为电气装置供电和电气控制及检测的设备统称为客车电气装置。这些电气装置按照功能不同分为客车供配电装置、客车用电装置和客车安全监测装置。
我国铁路客车供电装置大致经历三个阶段:第一阶段为20世纪50年代到80年代,是轴驱式发电机供电,是非空调客车(包括21型、22型、25B型及进口的24型车)上的电气装置,为客车的照明、通风、广播、轴温报警等装置供电。轴驱式发电机和蓄电池组并联供电,当发电机停止转动或低速转动时,由蓄电池组供电。随着客车电气设备的不断增加,用电量越来越大,客车供电装置发展到以发电车为代表的第二阶段。第二阶段是柴油发电车供电,为空调客车上的空调等交流负载供电。空调客车研制始于20世纪60年代,广泛普及于20世纪90年代,25G型客车定型于1992年,25K型客车定型于1998年,25T型客车定型于2004年。第三阶段是机车DC600V供电。20世纪80年代,中国铁路开始研究电力机车向客车供电技术,由电力机车或内燃机车提供两路DC600V(2×400kW)电源给空调旅客列车,在电气化区段,采用由电力机车集中供电、客车分散变流供电方式。非电气化区段,由DF11改内燃机车向客车提供DC600V电源。与发电车相比,机车供电好处是符合国家能源政策,供电容量充足,能较好地改善客车旅行条件,并具有显著的经济效益和社会效益,是客车电气装置发展的方向。
一、我国铁路客车的供电方式及用电制
客车供电系统用于为车上用电装置提供电能,它有单独供电、集中供电和混合供电三种方式。
(一)单独供电
单独供电又称分散式供电。它是在单节客车上安装一套独立的供电装置。当车辆用电量较小时,也可以每两辆或三辆车共用一套独立的供电装置,此时安装有发电设备的客车称为母车,不带发电设备的车称为子车,子母车之间通过车端电力连接器连接车内输电干线。客车单独供电有下述三种类型。
1.蓄电池组供电
单独使用蓄电池组供电是根据车内负载的工作电压和功率,把若干个蓄电池结合起来向负载供电。这种供电方式的优点是设备简单,使用方便,可靠性好,电流是纯直流成分;缺点是单位功率所占的体积和重量较大。蓄电池在放电过程中电压逐渐降低,电池放电至终止电压时,必须停止放电并进行充电,否则会因过放电而损坏电池。所以这种供电方式在用电量不大的客车上使用,我国干线运营的客车上已不易见到。
2.轴驱式发电机供电
采用车轴驱动的发电机与蓄电池组并联供电,是世界各国在普通客车上运用较广泛的一种供电形式。我国旧型普通客车曾采用轴驱式LK5型直流发电机,从20世纪70年代开始,在普通22型和23型客车上广泛使用三相感应子发电机。轴驱式发电机的工作电压,当功率小于3kW时为24V,功率3~10kW时为48V,功率在10kW以上时为110V。
3.小型柴油发电机组供电
在客车底部装设小型柴油发电机组,并由其向车内的负载供电,这种供电方式称小型柴油发电机组供电。采用这种方式单独供电,可以减少机车牵引动力损失,提高供电电压,减少蓄电池用量,便于长时间停站时利用市电,但要求机组工作可靠,噪声和振动小,使用维修方便。这种供电方式适用于单独或分开联挂且装有空调装置的客车,如长春轨道客车股份有限公司生产的RW22型空调软卧车和四方机车车辆股份有限公司生产的YW22型宿营车采用的就是这种供电方式。
(二)集中供电
由于我国目前的主型客车已从22型转换为25型,越来越多的全列空调旅客列车运行在全国铁路干线上,因而集中供电的方式已成为列车供电的主要形式。
对于用电量较大并且是固定编组的列车,采用全列车集中供电的方式。列车集中供电的电源,在非电气化区段,由列车中的发电车柴油发电机组提供;在电气化区段可以由接触网通过电力机车主变压器提供。
1.柴油发电车供电
由发电车的柴油发电机组集中供电时,供电电压一般为线电压400V、相电压230V三相电、50Hz,通过车端连接器向联挂的客车分二路送电,输电干线的压降应不大于5%。这种供电制式的优点是用电负载,如异步电动机和日光灯以及控制电器与保护元件等可直接采用民用产品,但输电电流与所需的三相四线制输电干线截面积都较大,干线穿管施工难度较大,对连接器的插头和插座间接触电阻要求非常严格(小于0.0008Ω)。因此,在可能的条件下应将供电干线电压提高。
2.接触网供电
我国电气化铁路供电的额定电压为单相工频25kV,波动范围19~27kV。我国由接触网供电的旅客列车,通过新型客运电力机车主变压器增设的两个辅助绕组,供给容量为800kV·A、串联电压为3kV(并联为1.5kV)的电能。即通过电力机车主变压器,将受电弓取得的单相工频25kV的电压,转变为单相工频3kV或1.5kV的电压,输送给所牵引的客车。
由接触网供电的客车用电负载的特点是:空调机组电动机为三相异步电机,其三相电源由分散于每辆客车中的三相逆变器供电;采暖电加热器与电开水炉由降压变压器提供电源;照明与通风机由带有充电机的蓄电池组供电并通过变换器变换成交流电,以保证摘挂机车时也能正常工作。
由接触网供电的客车,由于输电电压较高,因此输电干线与车端电力连接器必须具有良好的绝缘性能,连接器必须带有钥匙,以保证操作安全。
接触网客车供电方式有机车供电、电源车供电和DC600V/AC380V兼容供电三种。
(三)混合供电
鉴于目前铁路牵引动力存在多种类型,客车编组方式也不尽相同,因此,除上述两种供电方式外,还有混合供电方式。混合供电有下列几种情形:
1.客车照明与通风机由轴驱式发电机与蓄电池并联供电,而车上的采暖电热元件由电气化铁道的接触网供电,这种供电方式适用于电气化区段运行的普通客车。
2.客车照明和另外一些低压直流用电器由轴驱式发电机与蓄电池并联供电,空调机组由本车小型柴油发电机组或发电车供电。
综上所述,客车的供电系统有多种形式,在运用时应根据车种、用途、编组方式、负载类型、功率、用电要求及供电经济性等条件来具体选择。
二、车体配线
车体配线是客车供电装置的重要组成部分,它的作用是将供电装置、用电设备和控制保护装置连接成一个完善的电气回路,把电能安全可靠地输送到用电设备中去。客车车体配线,根据供电方式的不同分为分散式和集中式;按用途可以分为电力配线和广播配线两个系统;按车体配线在车辆中所在的部位分为车上配线和车下配线两个部分。车上配线即装在客车地板以上的供电线路,它敷设在车内侧壁或车顶棚的间壁内,将电能通过配电盘分送到各用电设备;车下配线即敷设在地板以下的供电电路,它敷设在贯穿车底的电线管内,通过分线盒和电气连接器沟通车辆间的电力系统。
三、车电装置位置命名方法
为了便于铁路车辆检修,对于车辆及其配件都规定了一定的方位。车辆的方位分为1位和2位。配件则根据车辆方位再按同类配件的前后左右进行分位。
车辆的分位是以制动缸活塞伸出的方向来决定的,其伸出方向为1位或1位车端,如图0-1所示。为了便于识别,在车体两端脚蹬架外侧用白色油漆喷涂有定位标记“1”和“2”。
根据车端的定位标记,即可对各个车电机具的位置进行命名,具体规定如下:
1.图0-1为沿车体长度方向排列的车电装置,按位置称呼法所列的车电机具。沿车体长度方向单行排列,如顶灯、顶扇、床灯及通过台灯,应自1位车端顺次数到2位车端,称之为第几位某某机具,如图0-1(a)所示。
图0-1 车电装置的位置称呼法
2.沿车体长度左右对称排列或虽不对称但数量较少,如壁灯、壁扇、识别灯、电气连接器、播音连接器、厕所灯及侧灯插座等,可站于2位车端面向1位车端,自1位车端右侧开始,交替数到2位车端,称为几位某某机具,如图0-1(b)所示。
3.蓄电池及分线盒,应按第2条判断左右的方法,称右侧为1位侧,左侧为2位侧。每侧分别由1位端数到2位端,称之为几位侧第几位某某机具,如图0-1(c)所示。
总之,除蓄电池和分线盒外,数量在两个或两个以上的车电机具,可以站于2位车端面向1位车端,由远及近,由右到左顺序定位。对于数量仅有一个的车电机具可直呼其名。
四、车体配线绝缘电阻的测量
车体配线绝缘的检测方法常用的有导线接地(又称打火法)、灯泡接地(又称亮灯法),但这两种方法只能粗略地判断漏电程度,不能准确地反映绝缘电阻值的大小。
目前,车体配线的绝缘性能常用100V或500V兆欧表来测量或使用直读式绝缘电阻检测表,图0-2所示为这种检测表的外形结构图。它是由下述三个部分组成的。
图0-2 直读式绝缘检测表
1.接线柱,为了方便检测,接线柱一个接地,另一个接车体正线或负主线。
2.表头采用磁电式直流微安表。
3.转换开关分为如下三挡:
(1)“检测”位置——检测绝缘是否接地或绝缘是否合格,在刻度线读数;
(2)“×1kΩ”位置——用于检测全列车的绝缘,在刻度线读数;
(3)“×10kΩ”位置——用于检测母车与子车的绝缘,在刻度线读数。
客车车体配线的绝缘测量,用500V级绝缘电阻计测量正负两线间及各车体间的绝缘电阻值应符合表0-1的规定。
表0-1 客车车体配线的绝缘测量值单位:MΩ