DC600V客車充電機對軸溫報警器干擾的分析

周　青，　徐希鵬，　金　偉，　楊澤迎，　王忠杰

1. 南車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司　南京　210031

2. 上海市隧道工程軌道交通設(shè)計研究院　上海　200235

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DC600V客車充電機對軸溫報警器干擾的分析

周青1，徐希鵬1，金偉1，楊澤迎1，王忠杰2

1. 南車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司南京210031

2. 上海市隧道工程軌道交通設(shè)計研究院上海200235

摘要：DC600V客車在單車、編組調(diào)試及車輛使用過程中，當充電機工作時經(jīng)常有軸溫報警器誤報警的現(xiàn)象。通過設(shè)備原理及故障分析，發(fā)現(xiàn)是由充電機干擾造成的，并提出了將電纜線屏蔽層接地的解決方案。

關(guān)鍵詞：充電機； 軸溫報警器； 干擾； 屏蔽層； 接地

Abstract：As the charger is working, DC600V is frequently found that the hotbox alarm will generate false alerts whether this type of train is in a single vehicle mode or formed vehicle for commissioning or vehicle servicing. By analysis of the working principle and equipment failure, we find that the cause comes from the interference of the charger and the proposed solution is to earth the shielding layer of the cable conductor.

Key Words:Charger; Hotbox Alarm; Interference; Shielding Layer; Earthing

KZS/M-Ⅱ型鐵路客車集中式軸溫報警器(軸報器)是根據(jù)鐵道部要求最新研制的用于鐵路客車軸溫監(jiān)測和報警的高技術(shù)產(chǎn)品，它采用最新的微型計算機芯片，具有結(jié)構(gòu)簡單、工藝先進、可靠性高、抗干擾能力強等優(yōu)點，采用分布式結(jié)構(gòu)，發(fā)生故障時可獨立正常工作；傳感器智能判斷且顯示清晰直觀；具有時鐘和記錄功能，便于隨時查閱。從理論上看，該軸溫報警器在使用中不應(yīng)該存在任何問題，但在實際使用過程中，尤其在單車、編組調(diào)試及車輛運行過程中卻經(jīng)常有誤報的現(xiàn)象。

1軸溫報警器

1.1　原理

“集中軸溫報警”的原理框圖如圖1所示，它采用高性能的微型計算機為核心，完成信號檢測處理、溫度數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)的傳輸與顯示。

當使用數(shù)字式傳感器時(DS1820)，計算機不斷地向數(shù)字式傳感器發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令，然后檢測傳感器溫度轉(zhuǎn)換是否完成，當溫度轉(zhuǎn)換完成后，則對讀取的溫度進行比較。如果不正確，則重新讀取。

當使用模擬式傳感器時(TKZW-1T)，由傳感器輸出的信號經(jīng)計算機進行控制處理。首先，模擬式傳感器所產(chǎn)生的電壓信號通過A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，計算機讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號進行數(shù)字濾波，對經(jīng)過濾波后的數(shù)值進行計算處理，轉(zhuǎn)換為溫度值。

儀器把溫度值送到顯示屏顯示，同時對得到的溫度進行判斷，如達到所規(guī)定的報警溫度即進行聲光報警，并將有關(guān)信號通過調(diào)制解調(diào)器送出，使其它車廂亦進行報警，并顯示其超溫的車廂、軸位和軸溫，達到集中監(jiān)測的目的。該儀器根據(jù)需要，可以連接IC卡軸溫數(shù)據(jù)記錄儀，實現(xiàn)軸溫監(jiān)測的自動化。

1.2　軸溫報警器主要技術(shù)參數(shù)

① 測量溫度范圍： -45～+125℃(模擬式傳感器)；-45～+125℃(數(shù)字式傳感器)。

② 溫度測量精度： ±1℃(環(huán)境溫度20~90℃); ±2℃(環(huán)境溫度<20℃或>90℃)。

③ 溫度測定路數(shù)： 8路軸溫，1路環(huán)溫。

④ 定點延時： 30±2s。

⑤ 報警溫度： 定點報警時： 90±2℃；跟蹤報警時：C+40±4℃(C為環(huán)境溫度)。

⑥ 報警方式： 聲光報警，所有儀器同時顯示車廂順位號、超溫軸位的軸溫、有多少軸位同時超溫，報警時循環(huán)顯示所有報警點軸溫。

⑦ 車廂數(shù)： ≤20。

⑧ 傳感器： TKZW-1T型或數(shù)字傳感器DS1820。

⑨ 電源電壓： 直流35～140V。

⑩ 載波車線： 兩根廣播線或兩根專用線及車體。

1.3　使用方法

按圖2將傳感器、載波線、外接聲光報警器線和電源線連接好，傳感器要注意極性，檢查無誤后，儀器即可正常工作。

圖1　軸溫報警器原理圖

圖2　軸溫報警器使用方法

2充電機

110V電源是為25T型客車研制開發(fā)的，是新型DC600V供電列車上的重要設(shè)備。它將機車提供的DC600V電流，經(jīng)過濾波、逆變、隔離降壓、整流后，經(jīng)二極管輸出隔離，額定輸出8kW/DC120V電流，供給客車照明、110V蓄電池充電及客車其它110V負載使用。

2.1　原理

由DC600V干線取來的電流經(jīng)過EMI濾波、LC直流濾波送到由IGBT模塊作開關(guān)管的半橋逆變電路，該電路將DC600V逆變成高頻方波，經(jīng)高頻變壓器隔離、降壓，再經(jīng)過全橋整流電路整流，LC輸出濾波，EMI輸出濾波、二極管輸出隔離，最后輸出標稱8kW/DC120V，用于驅(qū)動本車負載、干線負載以及給本車蓄電池充電，并根據(jù)電池箱內(nèi)溫度自動調(diào)節(jié)電壓。系統(tǒng)裝配有EMC濾波器和浪涌保護裝置，如圖3所示。

圖3　充電機工作線路圖

2.1.1充電機的UI-充電特性

充電機的輸出電壓和電流受到控制，電流被分成兩部分： 負載電流(+110、L+)和充電電流(D+)，當蓄電池電壓低于120V(可調(diào))時，充電電流被限制在25A，蓄電池電壓慢慢升高，直至升至120V，電壓開始恒定不變，然后充電電流慢慢減小，充電曲線如圖4所示。

圖4　充電機UI充電特性

2.1.2溫度補償

DC600V供電制式的25G/T型車，其充電機都有對電池進行溫度補償充電的功能。在蓄電池箱內(nèi)設(shè)置一個溫度傳感器，可以按照TA、TB、TC所接PT100傳感器自動進行充電電壓的溫度補償。充電機浮充電壓在118～123.5V范圍內(nèi)自動調(diào)節(jié)，當蓄電池箱內(nèi)環(huán)境溫度低于25℃時，充電電壓自動調(diào)高，當蓄電池箱內(nèi)環(huán)境溫度高于25℃時，充電電壓自動調(diào)低，當環(huán)境溫度為25℃時，充電機對電池的浮充電壓為120±1V。

2.2　充電機主要技術(shù)參數(shù)

主電路標稱輸入電壓： DC600V，電壓變化范圍： DC500~660V；

控制電路標稱輸入電壓： DC110V，電壓變化范圍： DC77~137.5V；

標稱輸出電壓： DC119~123V(隨溫度補償可調(diào)，低溫環(huán)境下最高輸出為DC123V,高溫環(huán)境下最低輸出為DC119V)；

最大輸出功率： 8kW；

充電電流： ≤25A；

輸出總電流： ≤70A。

3故障分析與解決措施

3.1　故障再現(xiàn)

(1) 當DC600V電源未接入車輛內(nèi)時，軸報自檢顯示正常(探頭顯示為B型)，軸溫顯示正常，此時可總結(jié)軸溫報警器為正常狀態(tài)，排除了軸報器自身存在問題的可能性。

(2) 當接入DC600V電源，充電機開始工作后，軸報器自檢顯示不正常(探頭顯示為D型)，一段時間后軸溫顯示異常，其中顯示5位軸溫過高，軸報器開始報警。

(3) 此時斷開充電機控制Q36空開，軸報斷電1min后，再通電軸報自檢顯示正常(探頭顯示B型)，軸溫也顯示正常。

(4) 在綜合控制柜內(nèi)將5、7位軸報電纜線與軸報儀斷開(含屏蔽層)，充電機正常工作，軸報自檢顯示正常(探頭顯示B型)。

由上述現(xiàn)象可診斷為是充電機干擾造成的軸報誤報。

3.2　原因分析

3.2.1原因一

由于充電機啟動和正常工作時對輸入電源產(chǎn)生的高頻脈動電壓峰谷值小于50V，造成充電品質(zhì)差，DC110V動力線(D+、-110)干擾源強，而從充電機引出的DC110V動力線(D+、-110)與蓄電池連接，蓄電池是理想的直流電源，其波形是穩(wěn)定的直線，干擾信號被蓄電池吸收，無法對電池波形產(chǎn)生任何影響，因此蓄電池對軸報影響排除。充電機內(nèi)的溫度補償線(TA、TB、TB)易被動力線干擾，檢查后發(fā)現(xiàn)，溫度補償線與軸報的5、7位電纜在分線箱FXX01側(cè)中部線槽的信號

線槽內(nèi)布放，且用扎帶扎在線槽的扎線桿上，緊密接觸(圖5所示為充電機原理圖)，從而使充電機的干擾信號通過溫度補償線傳給軸報的5、7位電纜，造成軸報器報警。

3.2.2原因二

軸報系統(tǒng)抗干擾能力較弱，其電纜線的屏蔽層采用的是單端接地的模式，即在綜合控制柜內(nèi)接地。當軸報系統(tǒng)中有某個電纜線的屏蔽層未接地時，易對軸報產(chǎn)生干擾從而報警。由于1、3位和2、4位的軸報電纜是一根整線，中間無斷點；而根據(jù)圖6可知，5、7位中間有斷點，在分線箱FXX01端子排轉(zhuǎn)接；根據(jù)圖7可知6、8位也有斷點，在分線箱FXX02端子排轉(zhuǎn)接；由于斷點的存在，易發(fā)生屏蔽層接地不良情況，但6、8位軸報線與防滑器線一起布放在中部線槽的信號槽內(nèi)，由于防滑器線為弱信號線，信號線間不產(chǎn)生干擾，故而充電機產(chǎn)生的干擾只造成5、7位軸報器誤報。

圖5　充電機工作原理圖

圖6　軸報5、7位電纜圖

圖7　軸報6、8位電纜圖

3.3　解決方案

針對第一種原因可以從充電機溫度補償線和軸溫報警器信號線分離著手，將充電機屏蔽層接地，保證充電機內(nèi)部的溫度補償電纜線屏蔽層接地，從而減少干擾源的輸出。

針對第二種原因造成的軸報誤報現(xiàn)象，可以對軸報系統(tǒng)的電纜線尾端的屏蔽層是否接地進行檢查。由于綜合控制柜并線施工方便，不易產(chǎn)生屏蔽層未接地現(xiàn)象；而在分線箱內(nèi)施工不方便，而且屏蔽層針子大端子小、屏蔽線軟易造成屏蔽層虛并現(xiàn)象，所以對每個軸報盒使用搖表或蜂鳴器對屏蔽層進行接地檢查時，經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)主要是由于分線箱內(nèi)屏蔽層虛并而造成屏蔽層接地不良的情況。因此，

通過排查確保屏蔽層可靠接地，可有效控制干擾源對軸報的干擾。

4總結(jié)

隨著科技的進步與配套部件的日趨成熟，軸溫報警器發(fā)展至今日，從最初的由乘務(wù)員手摸感知軸溫到現(xiàn)在普遍使用的軸溫檢測與報警裝置，飛速發(fā)展的科技要求我們今后的目標便是要做到軸溫報警器零誤報，這是為今后鐵路運輸?shù)陌踩\行提供更多一層保障的必然要求。同時，在未來更成熟、更先進的技術(shù)出來之前，掌握好如今的技術(shù)并能加以改良是有現(xiàn)實意義的。

參考文獻

[1] TB/T 2226—2002鐵道客車用集中軸溫報警器技術(shù)條件[S].

[2] TB/T 3063—2002旅客列車DC600V供電系統(tǒng)技術(shù)條件[S].

中圖分類號:U260.5

文獻標識碼:A

文章編號：1674-540X(2015)02-036-05

作者簡介：第一 周青(1989-)，女，本科，助理工程師，主要從事軌道車輛電氣機械設(shè)計工作，E-mail： 13260731942@163.com

收稿日期：2015年3月