DC600V供電系統(tǒng)改進(jìn)

李峰

摘要

本文介紹了HXD3C機(jī)車供電系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)，描述了新一代DC600V系統(tǒng)的主要功能。實(shí)際運(yùn)用情況證明這種新型的供電系統(tǒng)完全滿足交流傳動(dòng)機(jī)車的供電需求，比以拄的DC600V系統(tǒng)相比，功能強(qiáng)大，可靠性高，維護(hù)方便。

【關(guān)鍵詞】DC600V 供電系統(tǒng)

隨著交直機(jī)車逐漸的退出歷史的舞臺(tái)，交流傳動(dòng)機(jī)車是電力機(jī)車發(fā)展的方向，HXD3C機(jī)車是大連機(jī)車車輛有限公司研制的交流傳動(dòng)六軸7200kW干線客貨兩運(yùn)電力機(jī)車，是和諧型系列機(jī)車中首款適用于客貨兩用的機(jī)車。

旅客列車DC600V供電系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性對(duì)旅客列車安全運(yùn)行和正常的服務(wù)工作具有極其重要的作用。從“以人為本”的角度出發(fā)，新的應(yīng)用環(huán)境對(duì)機(jī)車DC600V供電系統(tǒng)提出了高要求：

（1）裝置的可靠性指標(biāo)大大提高;

（2）機(jī)車DC600V的信息要求在司機(jī)臺(tái)液晶屏上顯示，裝置的故障處理要求在司機(jī)臺(tái)完成。

只有提高裝備的可靠性和應(yīng)用信息技術(shù)才能夠有力保障運(yùn)輸安全，為貫徹機(jī)車車輛裝備實(shí)現(xiàn)“標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化、信息化”的要求，由于交流傳動(dòng)機(jī)車的發(fā)展，原有的DC600V供電系統(tǒng)無論在結(jié)構(gòu)上還是功能上不能滿足現(xiàn)在客運(yùn)機(jī)車的發(fā)展需求，必須開發(fā)一套新型的供電系統(tǒng)，列車供電系統(tǒng)跟原有韶山型系列機(jī)車的供電系統(tǒng)相比，采用了平臺(tái)開發(fā)，增加了通訊功能、記錄診斷、故障查詢功能。提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性。結(jié)構(gòu)方面采用完全獨(dú)立的供電柜、控制系統(tǒng)采用平臺(tái)設(shè)計(jì)等創(chuàng)新點(diǎn)。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

HXD3C電力機(jī)車供電系統(tǒng)由兩個(gè)獨(dú)立的、完全相同的供電柜組成（1路、2路），每個(gè)供電柜均安裝主電路（含電抗器）和控制箱。與老的DC600V供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，這種供電柜在結(jié)構(gòu)方面增加了電抗器，相應(yīng)增加了設(shè)計(jì)難度。

系統(tǒng)改進(jìn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1.1 電抗器集成

采用底部裝電抗器，風(fēng)機(jī)從柜體前側(cè)抽風(fēng)，給電抗器及整流元件散熱。

將原有系統(tǒng)1個(gè)供電柜內(nèi)的2路獨(dú)立的列車供電回路分成2個(gè)完全相同的列車供電柜，每個(gè)列車供電柜內(nèi)都包含獨(dú)立的主電路（含平波電抗器）和供電控制系統(tǒng)，同時(shí)取消了外部的機(jī)車供電集中控制器。

1.2 獨(dú)立供電柜

增加了安全性，通風(fēng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)能由一個(gè)供電柜帶動(dòng)整車運(yùn)行，保障了機(jī)車運(yùn)行安全。

1.3 模塊化設(shè)計(jì)

供電柜的風(fēng)機(jī)可拆卸，風(fēng)機(jī)發(fā)生問題時(shí)只需將接線端子甩開即可更換，無需整車吊柜子。

2 控制系統(tǒng)改進(jìn)

供電控制系統(tǒng)采用平臺(tái)開發(fā)，基于成熟的產(chǎn)品TES06平臺(tái)開發(fā)設(shè)計(jì)，縮短了開發(fā)周期，節(jié)約了成本。供電控制箱采用標(biāo)準(zhǔn)的6U定制機(jī)箱，采用面板設(shè)計(jì)，美觀大方，AB組冗余，一組故障可通過轉(zhuǎn)換開關(guān)切換來保證供電需求。HXD3C機(jī)車采用了HDLC的通訊協(xié)議，必須開發(fā)與之兼容的模塊，采用公司自主研發(fā)的SHCM模塊將485通訊轉(zhuǎn)換為HDLG協(xié)議，

人機(jī)接口級(jí)采用了ARM處理器和FPGA組成的高速數(shù)據(jù)通道和高速USB接口，獨(dú)立處理數(shù)據(jù)記錄、診斷、通訊與轉(zhuǎn)儲(chǔ)等工作，功能大為豐富，使得系統(tǒng)真正具備實(shí)現(xiàn)信息化的數(shù)字基礎(chǔ)，與之原有單片機(jī)相比功能強(qiáng)大，可升級(jí)替代。

主要的創(chuàng)新點(diǎn)有：

2.1 平臺(tái)開發(fā)

成熟技術(shù)，節(jié)約成本，自動(dòng)化程度高立足于成熟的技術(shù)，控制系統(tǒng)采用TES06平臺(tái)設(shè)計(jì)，控制箱冷備份，A＼B兩組，新開發(fā)的控制系統(tǒng)能夠跟機(jī)車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通訊，將一些必要的信息如電壓電流反饋到顯示器上，控制的核心模塊采用DSP+FPGA雙CPU架構(gòu)、由FPGA進(jìn)行連接，大大提升了系統(tǒng)的運(yùn)行速度和可靠性。

2.2 網(wǎng)絡(luò)化

利用SHCM模塊跟顯示器通訊，通過網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。提高部件的可靠性考慮技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化控制做準(zhǔn)備與列車網(wǎng)絡(luò)融合，自動(dòng)化程度高，維護(hù)操作簡便

2.3 控制箱背板設(shè)計(jì)

主控制器通過并行總線與其交換數(shù)據(jù)，控制的實(shí)時(shí)性、可靠性得到提高;取消了原有的繞線方式，減少了工人布線的繁瑣及減少失誤的發(fā)生，提高了效率。

2.4 集控功能集成

集中控制器功能單一，集中控制器的功能只為完成供電系統(tǒng)的互鎖，在目前發(fā)電車已甩掉?，F(xiàn)取消了集控器裝置，將此功能集成到控制系統(tǒng)中，提高了供電品質(zhì)，減少了故障率。

2.5 故障查詢?cè)\斷

供電系統(tǒng)具備與機(jī)車控制系統(tǒng)進(jìn)行通訊的功能。兩者之間通過約定的通信協(xié)議HDLG標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。通訊模塊采取HDLC通訊標(biāo)準(zhǔn)與HXD3C電力機(jī)車微機(jī)控制系統(tǒng)交換供電柜的狀態(tài)信息、故障信息等。

通過地面軟件可以對(duì)供電參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)、實(shí)時(shí)檢測(cè)、故障查看等功能，而且采用了TES06平臺(tái)開發(fā)利用U盤存儲(chǔ)功能，方便軟件維護(hù)及更新，提高了效率。

軟件具有系統(tǒng)設(shè)置、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)回放、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等功能。數(shù)據(jù)庫管理所有記錄，可按關(guān)鍵字對(duì)記錄進(jìn)行查詢，回放所有數(shù)據(jù)，包括數(shù)字量、脈沖、模擬量。

3 運(yùn)用情況

截止2018年，HXD3C電力機(jī)車列車供電系統(tǒng)己有600臺(tái)在現(xiàn)場投入運(yùn)用，我國六大鐵路干線上的直供電旅客列車均使用到了此套系統(tǒng)，其性能日臻完善并得到驗(yàn)證。在實(shí)際運(yùn)用中出現(xiàn)的一些問題也及時(shí)得到了完善與處理。HXD3C電力機(jī)車列車供電系統(tǒng)的推廣，不僅有助于提升我國機(jī)車電氣系統(tǒng)和機(jī)車裝備的技術(shù)水平，而且可以大大提高產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性，減少維修工作量，節(jié)約維修成本，提高鐵路局的運(yùn)輸效益，實(shí)現(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

參考文章

[1]徐林云.DC600V列車供電系統(tǒng)[J].鐵道車輛，2001， 39（03）：13-16.

[2]吳強(qiáng).客運(yùn)列車供電系統(tǒng)[J].機(jī)車電傳動(dòng)，2003，5：54-61.

[3]王小方.電力機(jī)車DC600V供電系統(tǒng)的改進(jìn)[J].機(jī)車電傳動(dòng)2004（04）：41-44.

[4]蔡杰，林波.電力機(jī)車列車供電系統(tǒng)接地研究[J].電氣技術(shù)，2015，16（05）：78-81.