一种有轨电车超级电容人工放电方法

一种有轨电车超级电容人工放电方法

刘艳辉,张丽楠,王经稣

长春中车轨道车辆有限公司城铁检修中心130000

摘要：本文主要针对一种有轨电车超级电容因接线柱烧熔开路后无法进行自动放电，在进行简易人工放电时容易造成触电危险，通过外接人工放电装置与车辆放电设备连接，完成车辆超级电容的放电。该放电方法可有效防止触电危险，通过现场验证安全可靠，可保证人身安全及车辆设备安全。

关键词：超级电容；触电；放电；方法；安全

0 引言

为适应城市地面交通道路的特殊需要，有轨电车线路在经过一些路口时不允许架设接触网，因此车辆在经过这些路口时由超级电容向车辆牵引变流器供电，保证车辆能够正常牵引通过无电区。当车辆驶入接触网下方时，再由超级电容切换到接触网向车辆正常供电。车辆在运用过程中，曾发生由于超级电容接线柱端子压接松动造成发热而引发接线柱烧熔，使得超级电容出现开路。某有轨电车编组型式为2动1拖，每辆动车配置两组超级电容。如果其中一组超级电容出现该故障时就会造成整车容量损失四分之一，通过无电区能力也随之降低。同时，由于超级电容的开路状态，当车辆回库断电时故障的超级电容组无法完成自动放电。在库内对超级电容进行放电处理时，稍不注意碰到烧熔接线柱线缆很容易使超级电容放电回路接通引发强烈电弧燃烧，轻则造成设备二次损坏，重则造成人身伤害。因此，通过外接人工放电装置完成对超级电容放电操作的方法，可有效保证设备及人身安全。

1 超级电容工作原理

超级电容是车辆主电路的高压电气设备，主要作用是在车辆经过路口无接触网的无电区时，作为网侧备用电源向车辆牵引变流器及辅助变流器供电，保证车辆能够正常牵引。超级电容箱内由24节单体电容组成，分上下两层进行布置，每层12节单体串联后再进行并联组成电容组与车辆牵引设备及辅助设备相连。

1.1正常充放电

车辆在正常的接触网线路下运行时，在完成预充电后接触器KMD1闭合经过开通的IGBTD4接通超级电容C的充电回路，最终由DC/DC电源变换器实现将接触网DC750V电压转换成DC550V电压向超级电容充电。车辆进入无电区前，通过点击IDU触摸显示屏“小无电区”或“大无电区”控制按钮，断开KMD1闭合KMD3将超级电容充电回路切换到放电回路向牵引及辅助设备供电，使车辆能够牵引通过无电区。车辆通过无电区后，再点击IDU触摸显示屏“小无电区”或“大无电区”控制按钮，断开超级电容放电回路切换回充电回路，车辆再次进入到正常的接触网供电模式。超级电容充放电原理简图如图1所示。

图1 超级电容充放电原理简图

1.2 库内停车放电

车辆在回库停车断电后为保证超级电容储存的能量释放出去，确保在对车辆检修维护过程中的人身安全及设备安全，通过车辆制动电阻实现超级电容的放电。其放电原理简图如图2所示。接触器KMD4常闭主触点串在超级电容C与制动电阻R之间，车辆上电后处于分断状态，当车辆回库断电后闭合接通超级电容与制动电阻放电回路，使超级电容储存的能量消耗在制动电阻上。

图2 超级电容库内停车放电原理简图

2 人工放电装置设计

在引言部分已经详细阐述了超级电容内部发生开路故障时，其放电回路将被断开，车辆库内断电后超级电容所储存的能量无法通过制动电阻进行自动释放。在维护过程中又非常容易将超级电容放电回路接通，产生强烈的电弧燃烧，引发设备损坏进一步扩大，甚至对人体产生灼伤。因此有必要通过外接放电装置对故障超级电容进行放电，确保设备及人身安全。

图3 超级电容人工放电原理简图

2.1 人工放电装置组成

超级电容人工放电原理如图3所示。人工放电装置主要由直流双极放电接触器KMD5，电压表V，非自复控制按钮SB及放电接触器状态指示灯HL组成。其中，接触器KMD5主触点电流方向是单向的，在装置内通过接线设计来满足其要求；电压表用于监测超级电容放电过程中电压下降情况；指示灯用来显示放电接触器工作状态，按钮用来控制接触器的动作。

2.2 接线要求

放电装置与车辆留有6个电气接口，这样可使装置与车辆接线简单，现场容易操作。其中接口A、B与车辆制动电阻连接，无正负区分；接口E、F与需要进行放电的超级电容进行连接，通过装置自带电缆标识及装置箱体印刷的标识严格对应接线，绝对不允许正负极接反；接口M、N对应连接到车辆蓄电池的正、负极。

2.3 操作方法

   当超级电容发生接线柱烧熔故障，在对超级电容进行人工放电操作时，操作人员必须穿戴好绝缘手套及绝缘鞋等劳保用品。在打开超级电容箱盖后，首先不要去接触已经烧熔的超级电容接线柱连接电缆，避免接通放电回路发生电弧燃烧。第一步操作应该在超级电容箱的车辆配线与超级电容配线处将连接电缆分离，使超级电容放电回路彻底被切断。

    由于每层超级电容由12节单体串联组成，如图4所示。当超级电容接线柱熔断需对其放电时，以熔断接线柱为界分两次进行放电。按照正确的接线要求完成接线后，按下放电装置的放电按钮，根据图3放电装置的工作原理放电接触器KMD5主触点闭合接通放电回路，超级电容储存的能量将通过制动电阻发热而被消耗。同时，观察放电装置上的电压表读数直到降低到0，随后用万用表测量被放电超级电容两端电压进行确认。在对超级电容放电完成后，拆除放电装置及接线，对故障的单体超级电容进行更换。

图4 超级电容布置图

3 结束语

综上所述，超级电容人工放电装置结构简单，操作方便，在有轨电车进行了验证，安全可靠，效果良好。并且，该放电方法有较强的通用性，可满足同类型城轨车辆超级电容的人工放电。通过该放电方法的应用能够有效避免设备损坏扩大，提高人身安全。

参考文献：

[1] 张立哲，闫鹏飞，黄宝亮.沈阳浑南新区70％低地板有轨电车概述[J].电力机车与城轨车辆，2016（3）.