HXD3C電力機(jī)車列車供電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)及技術(shù)特點(diǎn)

摘 要從HXD3C電力機(jī)車列車供電控制系統(tǒng)與原交直電力機(jī)車列車供電控制系統(tǒng)的比較出發(fā)，介紹HXD3C電力機(jī)車列車供電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)的技術(shù)特點(diǎn)及為貫徹簡統(tǒng)化、模塊化、系列化所采取的措施。HXD3C電力機(jī)車列車供電控制系統(tǒng)產(chǎn)品已在現(xiàn)場投入使用，其性能日臻完善并得到驗(yàn)證。

【關(guān)鍵詞】HXD3C電力機(jī)車 列車供電控制系統(tǒng) 技術(shù)特點(diǎn)

從2004年4月鐵路第五次大提速開始，電力機(jī)車列車供電系統(tǒng)向旅客列車進(jìn)行直供電的運(yùn)用越來越廣泛。盡管交直電力機(jī)車列車供電控制系統(tǒng)已在SS9、SS8等電力機(jī)車上大規(guī)模推廣使用多年，現(xiàn)場運(yùn)用成熟、可靠，但是受制于當(dāng)時(shí)技術(shù)條件和工藝水平的限制，存在功能簡單、信息化程度不高、部分器件采購困難等缺點(diǎn)，已不適應(yīng)目前形勢的發(fā)展需要。

為保證電力機(jī)車列車供電系統(tǒng)的可靠運(yùn)行質(zhì)量，保證旅客列車的運(yùn)行安全、舒適，因此在HXD3C電力機(jī)車上對列車供電控制系統(tǒng)進(jìn)行變革改進(jìn)符合機(jī)車技術(shù)進(jìn)步及現(xiàn)實(shí)的需要。

1 技術(shù)改進(jìn)及優(yōu)化的原則

作為列車供電控制系統(tǒng)的改進(jìn)升級產(chǎn)品，HXD3C電力機(jī)車列車供電控制系統(tǒng)充分吸收了原交直電力機(jī)車列車供電控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)和成功運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)，并考慮以往運(yùn)行中出現(xiàn)的問題以及后續(xù)采取的措施，一并在新設(shè)計(jì)的HXD3C電力機(jī)車列車供電控制系統(tǒng)中加以解決。

為滿足HXD3C電力機(jī)車技術(shù)進(jìn)步的需要，整個列車供電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中充分利用了當(dāng)今先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，采用了新的電子元器件及新工藝，貫徹簡統(tǒng)化、模塊化、系列化的設(shè)計(jì)思想，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和技術(shù)含量。

2 技術(shù)特點(diǎn)

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)優(yōu)化

在HXD3C電力機(jī)車列車供電控制系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)中，借鑒了原列車供電控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想，并對系統(tǒng)架構(gòu)和功能模塊進(jìn)行了優(yōu)化。HXD3C電力機(jī)車列車供電控制系統(tǒng)包含了開關(guān)電源、供電控制、脈沖分配等5個基本通用模塊， 采用A/B兩組冷備冗余設(shè)計(jì)方式，并利用外部網(wǎng)卡實(shí)現(xiàn)與HXD3C電力機(jī)車TCMS系統(tǒng)通信，可實(shí)現(xiàn)DC600V列車供電系統(tǒng)的特性控制、整流控制、故障保護(hù)等功能。

與原列車供電控制系統(tǒng)相比，HXD3C電力機(jī)車列車供電控制系統(tǒng)的優(yōu)越性體現(xiàn)在：

（1）系統(tǒng)延用了完全相同的A/B兩組進(jìn)行冷備份冗余，提高了系統(tǒng)的可靠性。

（2）系統(tǒng)采用了模塊化設(shè)計(jì)的思想，規(guī)劃清晰，有利于系統(tǒng)后期的升級和擴(kuò)展。

（3）系統(tǒng)采用背板進(jìn)行各插件間的模擬信號和數(shù)字信號傳遞，屏蔽效果好。

（4）數(shù)字入出插件、供電控制插件和脈沖分配插件間采用了總線技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，響應(yīng)速度快，不易受到干擾。

2.2 微機(jī)控制升級

與原供電控制系統(tǒng)采用的單片機(jī)設(shè)計(jì)的控制平臺相比，HXD3C電力機(jī)車列車供電控制系統(tǒng)由供電控制、數(shù)字入出和脈沖分配3個基本通用模塊組成，各模塊間的信號交換如下圖所示。

列車供電柜的數(shù)字量信號從數(shù)字入出插件輸入，經(jīng)數(shù)字入出插件的電平轉(zhuǎn)換后送入可編程邏輯器件CPLD，然后再通過背板總線傳送給供電控制插件實(shí)現(xiàn)邏輯控制。

供電控制插件采用了DSP+ARM雙CPU架構(gòu)，DSP完成總線管理、總線上各插件的數(shù)據(jù)交換以及特性、參數(shù)保護(hù)等控制功能，ARM完成人機(jī)接口等功能；板內(nèi)邏輯及外圍信號的采集與預(yù)處理由FPGA控制管理，將模擬量信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號、從總線獲取其他數(shù)字量信息給控制軟件，然后由控制軟件完成控制功能。

供電控制插件的對外控制數(shù)字開關(guān)量通過背板總線送至數(shù)字入出插件的可編程邏輯器件CPLD輸出，并經(jīng)數(shù)字入出插件完成電平轉(zhuǎn)換后輸出驅(qū)動相關(guān)的繼電器。

脈沖分配插件根據(jù)供電控制插件的計(jì)算結(jié)果等形成的移相電平轉(zhuǎn)換成晶閘管的順序觸發(fā)脈沖信號，經(jīng)脈沖放大后驅(qū)動供電系統(tǒng)的單相半控整流橋。

2.3 供電系統(tǒng)信息化

原列車供電控制系統(tǒng)對外通訊信息僅傳送了輸出電壓、輸出電流和簡單的故障信息，對外輸出的信息量少。在HXD3C電力機(jī)車列車供電控制系統(tǒng)中，設(shè)置了網(wǎng)絡(luò)通訊模塊收集供電控制系統(tǒng)和電度表的信息，然后將信息按照通訊協(xié)議發(fā)送到機(jī)車TCMS系統(tǒng)，并在機(jī)車顯示屏上顯示。對外輸出的信息包含以下幾個方面：

（1）模擬量信息：列車供電柜交流輸入電壓/電流、直流輸出電壓/電流、對地電壓等信息。

（2）數(shù)字量信息：列車供電柜內(nèi)交流接觸器、快速熔斷器等開關(guān)狀態(tài)信號。

（3）故障信息：列車供電柜發(fā)生異常情況時(shí)的故障信息，包括直流過壓、直流過流、直流接地等。

HXD3C電力機(jī)車列車供電控制系統(tǒng)對外輸出的信息量大大增加，這樣可以有利于促進(jìn)機(jī)車信息化，提高維護(hù)檢修的效率，極大地方便了司機(jī)和檢修人員。

2.4 機(jī)箱工藝

HXD3C電力機(jī)車列車供電控制系統(tǒng)吸收了原列車供電控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，列車供電控制裝置的機(jī)箱結(jié)構(gòu)采用了60R的插箱結(jié)構(gòu)，包含功能完全相同的A、B兩組控制系統(tǒng)且相互獨(dú)立，可以任選一組工作，提高了整車的可靠性。

3 結(jié)束語

截止到現(xiàn)在，HXD3C電力機(jī)車列車供電控制系統(tǒng)已有一千多套在現(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，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，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，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.

作者簡介

鄧林峰（1983-），男，湖南省寧鄉(xiāng)市人。大學(xué)本科學(xué)歷?，F(xiàn)為株洲中車時(shí)代電氣股份有限公司助理工程師。研究方向?yàn)檐壍澜煌熊嚬╇娤到y(tǒng)。

作者單位

株洲中車時(shí)代電氣股份有限公司 湖南省株洲市 412001