鐵路接觸網(wǎng)作業(yè)車車載音像監(jiān)控系統(tǒng)電源柜的研制

王榮新

(中國(guó)鐵路昆明局集團(tuán)有限公司玉溪供電段,昆明 650100)

0 引 言

鐵路接觸網(wǎng)作業(yè)車(以下簡(jiǎn)稱車輛)是鐵路機(jī)車供電設(shè)備即接觸網(wǎng)設(shè)備檢修的專用工程車輛[1],同鐵路機(jī)車一樣在鐵路軌道線路上運(yùn)行,運(yùn)送鐵路供電設(shè)備管理單位專業(yè)檢修人員(即接觸網(wǎng)工)和檢修料具,為接觸網(wǎng)工進(jìn)行電氣化鐵路軌道線路上方接觸設(shè)備檢修提供適于高空作業(yè)的工作平臺(tái),隨車配置交流發(fā)電機(jī)組為作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用電動(dòng)工具、接觸網(wǎng)工車內(nèi)休息提供交流電源。為保證鐵路行車安全受控和順利進(jìn)行鐵路運(yùn)輸行車組織,車輛同鐵路機(jī)車一樣安裝有行車安全控制設(shè)備GYK和無線通信設(shè)備CIR,行車安全控制設(shè)備GYK、無線通信設(shè)備CIR狀態(tài)良好是車輛上線運(yùn)行的前提條件,狀態(tài)不良車輛嚴(yán)禁上線運(yùn)行[2-4]。

現(xiàn)有車輛車載系統(tǒng)主機(jī)與行車安全控制設(shè)備GYK、無線通信設(shè)備CIR統(tǒng)一布置在1個(gè)柜體內(nèi),共同使用車輛電源,攝像通道電源、錄音通道電源、顯示通道電源、主機(jī)電源均由1個(gè)電源開關(guān)統(tǒng)一集中控制[5],存在以下問題。

1)鐵路接觸網(wǎng)作業(yè)以液力傳動(dòng)車輛為主[6],發(fā)動(dòng)機(jī)不起動(dòng)的情況下長(zhǎng)時(shí)間開啟系統(tǒng),極易造成車輛發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電源蓄電池虧電,導(dǎo)致車輛不能啟動(dòng);運(yùn)行、作業(yè)過程中經(jīng)過道岔、緊急制動(dòng)操作等引起車輛顛簸、震動(dòng),引起系統(tǒng)任一個(gè)通道的電源發(fā)生故障,都會(huì)造成行車安全控制設(shè)備GYK、無線通信設(shè)備CIR供電故障,影響車輛正常使用[7]。

2)不能按運(yùn)用場(chǎng)景對(duì)系統(tǒng)各通道進(jìn)行選擇使用,比如車輛在作業(yè)前從駐地車站開往待作業(yè)車站過程中不需要開啟平臺(tái)攝像通道,但系統(tǒng)開機(jī)后全部通道就處于開啟狀態(tài),不能單獨(dú)關(guān)閉平臺(tái)攝像通道,該通道長(zhǎng)期開啟造成故障率大幅增加。

3)現(xiàn)用系統(tǒng)的主機(jī)主要使用2個(gè)廠家(品牌)的定型產(chǎn)品,攝像通道、錄音通道、顯示通道使用的產(chǎn)品較多,系統(tǒng)使用的部件涉及多個(gè)廠家(品牌), 系統(tǒng)部件的電源有DC 24 V、DC 12 V兩種規(guī)格。部件發(fā)生故障或后期需要進(jìn)行系統(tǒng)升級(jí)時(shí),只能使用原廠家(品牌)的產(chǎn)品,不方便故障處理,不利于后期進(jìn)行其他廠家(品牌)系統(tǒng)的升級(jí)和改進(jìn)。

4)系統(tǒng)與行車安全控制設(shè)備GYK、無線通信設(shè)備CIR等安裝在同一個(gè)柜體內(nèi),空間狹窄,不方便操作、維護(hù)。

1 系統(tǒng)電路原理

為解決以上問題,研制獨(dú)立的車輛車載系統(tǒng)電源柜,實(shí)現(xiàn)的功能:隔離系統(tǒng)電路與車輛電路,消除系統(tǒng)故障對(duì)車輛正常行車的影響;通過車輛發(fā)動(dòng)機(jī)、車載發(fā)電機(jī)組兩路電源的合理利用,完善外接民用交流電源取電電路,提高系統(tǒng)電源可靠性;通過完善供電、配電系統(tǒng)進(jìn)行主機(jī)、各通道電源獨(dú)立供電控制,實(shí)現(xiàn)各通道可以選擇性地使用,滿足各種實(shí)際運(yùn)用場(chǎng)景需要;可調(diào)整機(jī)柜空間,具備DC 24 V、DC 12 V兩種電源規(guī)格,滿足系統(tǒng)維護(hù)、升級(jí)可以使用不同廠家(品牌)產(chǎn)品的需要。

車輛車載系統(tǒng)電路原理如圖1所示，系統(tǒng)電路由蓄電池1、車輛發(fā)動(dòng)機(jī)自帶發(fā)電機(jī)2、車載柴油發(fā)電機(jī)組3、外接交流電路4、電源柜開關(guān)5、DC 24 V/DC 12 V電源轉(zhuǎn)換模塊6、開關(guān)組7、主機(jī)8、Ⅰ端攝像機(jī)9、Ⅰ端顯示屏10、Ⅰ端拾音器11、Ⅱ端拾音器12、Ⅱ端攝像機(jī)13、Ⅱ端顯示屏14、前方攝像機(jī)15、后方攝像機(jī)16、作業(yè)平臺(tái)攝像機(jī)17組成。

系統(tǒng)的設(shè)備電源可以使用DC 12 V,也可以使用DC 24 V,使用DC 12 V設(shè)備的配電原理如圖2所示。

圖2 鐵路接觸網(wǎng)作業(yè)車車載音像監(jiān)控系統(tǒng)配電原理

2 電源柜電路原理

2.1 電路結(jié)構(gòu)

電源柜電路包括如系統(tǒng)電路原理圖1所示的蓄電池1、車輛發(fā)動(dòng)機(jī)自帶發(fā)電機(jī)充電電路2、車載柴油發(fā)電機(jī)組充電電路3、外接交流充電路4、DC 24 V/DC 12 V電源轉(zhuǎn)換模塊6、電源開關(guān)5和開關(guān)組7共6部分,各部分功能如下:

1)蓄電池1由2只12 V蓄電池串聯(lián)成DC 24 V,為系統(tǒng)各設(shè)備提供DC 24 V電源,電量不足時(shí)可以進(jìn)行充電。

2)車輛柴油發(fā)動(dòng)機(jī)自帶充電發(fā)電機(jī)充電電路2由既有充電發(fā)電機(jī)充電電路[7]和接觸器組成,車輛電源向系統(tǒng)蓄電池充電,向系統(tǒng)各設(shè)備供電。

3)車載交流發(fā)電機(jī)組充電電路3由既有車載交流發(fā)電機(jī)組交流供電電路和充電模塊組成,交流發(fā)電機(jī)組發(fā)出AC 200 V電源經(jīng)充電模塊轉(zhuǎn)換為DC 24 V電源,向系統(tǒng)蓄電池充電,向系統(tǒng)各設(shè)備供電。

4)外接交流充電電路4由外接民用AC 220 V電源和充電模塊組成,外接民用AC 200 V電源經(jīng)充電模塊轉(zhuǎn)換為DC 24 V電源,向系統(tǒng)蓄電池充電,向系統(tǒng)各設(shè)備供電。

5)DC 24 V/DC 12 V電源轉(zhuǎn)換模塊6把系統(tǒng)蓄電池DC 24 V電源轉(zhuǎn)換為DC 12 V,為系統(tǒng)的DC 12 V設(shè)備供電。

6)電源開關(guān)5和開關(guān)組7為小型斷路器組,開啟、關(guān)閉系統(tǒng)及系統(tǒng)各設(shè)備電源。

2.2 工作原理

如圖2所示,電源柜電路工作原理簡(jiǎn)述如下:

1)系統(tǒng)自帶獨(dú)立蓄電池作為電源,車輛DC 24 V電源通過接觸器、小型斷路器與系統(tǒng)蓄電池連接。車輛電源故障時(shí)接觸器控制端子無電,接觸器自動(dòng)切斷車輛DC 24 V電源與系統(tǒng)蓄電池的連接;系統(tǒng)蓄電池故障時(shí),司機(jī)斷開與接觸器連接的小型斷路器,切斷系統(tǒng)蓄電池與車輛DC 24 V電源的連接。在車輛DC 24 V電源電量不足、系統(tǒng)蓄電池故障等特殊情形下,通過接觸器、小型斷路器進(jìn)行系統(tǒng)蓄電池與車輛DC 24 V電源隔離,實(shí)現(xiàn)車輛DC 24 V電源向行車安全控制設(shè)備GYK、無線通信設(shè)備CIR正常供電,保障車輛正常使用。

2)車輛DC 24 V電源由柴油發(fā)動(dòng)機(jī)自帶的發(fā)電機(jī)充電,車輛柴油發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后,其自帶發(fā)電機(jī)發(fā)電,發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)N極向接觸器線圈提供控制電壓后接觸器工作,發(fā)電機(jī)正極發(fā)出的電壓經(jīng)接觸器向系統(tǒng)蓄電池充電,并為系統(tǒng)供電。如果發(fā)電機(jī)不發(fā)電,發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)N極不能向接觸器線圈提供控制電壓,接觸器不工作,系統(tǒng)電源不會(huì)反向?yàn)檐囕v供電,此時(shí)系統(tǒng)由自身蓄電池供電。由此保障只有在車輛電源處于充電的狀態(tài)下,車輛電源才自動(dòng)向系統(tǒng)蓄電池充電,如果車輛電源故障則自動(dòng)斷開車輛電源與系統(tǒng)蓄電池的連接。

3)車載交流發(fā)電機(jī)組與AC 220 V/DC 24 V充電模塊組成系統(tǒng)蓄電池充電電路。啟動(dòng)車載交流發(fā)電機(jī)組,將系統(tǒng)AC 220 V插頭插入既有車內(nèi)側(cè)墻上的AC 220 V插座,使用車載交流發(fā)電機(jī)組向系統(tǒng)蓄電池充電。

4)外接民用AC 220 V電源與AC 220 V/DC 24 V充電模塊組成系統(tǒng)蓄電池充電電路。外接民用AC 220 V電源插座連接系統(tǒng)AC 220 V插頭,使用外接民用AC 220 V電源向系統(tǒng)蓄電池充電。

5)DC 24 V/DC 12 V轉(zhuǎn)換模塊把系統(tǒng)電源DC 24 V轉(zhuǎn)換為DC 12 V電源,滿足電源DC 12 V的系統(tǒng)設(shè)備使用。通過不同的接線,實(shí)現(xiàn)DC 24 V、DC 12 V兩種系統(tǒng)設(shè)備均可以使用。

6)系統(tǒng)所有設(shè)備均由小型斷路器單獨(dú)控制供電,在系統(tǒng)工作中,可按實(shí)際需要開啟或關(guān)閉任一個(gè)攝像通道、顯示屏、錄音通道。

3 電源柜結(jié)構(gòu)及應(yīng)用

3.1 系統(tǒng)功率

當(dāng)前在接觸網(wǎng)作業(yè)車上廣泛使用的系統(tǒng)有2個(gè)主流品牌,2個(gè)品牌的主要設(shè)備功率如表1所示。

表1 系統(tǒng)主要部件電源規(guī)格、功率

品牌1標(biāo)配系統(tǒng)功率89 W,配大顯示屏系統(tǒng)功率179 W;品牌2標(biāo)配系統(tǒng)功率129 W,配大顯示屏系統(tǒng)功率169 W。

系統(tǒng)總功率為系統(tǒng)主要設(shè)備功率、機(jī)柜附件(如散熱風(fēng)扇等)功率、電線路損耗功率之和,約為200 W,預(yù)留后期設(shè)備升級(jí),按1.5倍的冗余即系統(tǒng)總功率為300 W。

3.2 電器選型

1)蓄電池:按車內(nèi)實(shí)際空間選用6-QW-120鉛酸蓄電池,單只電壓DC 12 V、容量120 A·h,2只串聯(lián)電壓DC 24 V、容量240 A·h。

2)AC 220 V/DC 24 V充電模塊:根據(jù)車載交流發(fā)電機(jī)組、外接交流電源長(zhǎng)時(shí)間使用,以及小電流充電更安全的應(yīng)用特點(diǎn),選用額定輸出DC 24 V、5 A左右的模塊。

3)DC 24 V/DC 12 V電源轉(zhuǎn)換模塊:系統(tǒng)總電流25 A,選用額定輸出DC 12 V、25 A左右的模塊。

4)DC 24 V接觸器:系統(tǒng)總電流25 A,選用控制電壓DC 24 V、主觸點(diǎn)電流25 A左右的接觸器。

5)小型斷路器:連接DC 24 V接觸器、DC 24 V/DC 12 V轉(zhuǎn)換模塊的小型斷路器,系統(tǒng)總電流25 A,按32 A選用;連接AC 220 V/DC 24 V充電模塊、控制各通道的小型斷路器,充電電流5 A,按6 A選用。

6)導(dǎo)線:連接DC 24 V接觸器、DC 24 V/DC 12 V轉(zhuǎn)換模塊的導(dǎo)線,按系統(tǒng)總電流25 A選用,為6 mm2軟導(dǎo)線;連接AC 220 V/DC 24 V充電模塊、控制各通道的導(dǎo)線,按充電電流5 A選用,為2.5 mm2軟導(dǎo)線。

電源柜選用的主要電器品牌及參數(shù)如表2所示,電源柜選用的主要電器實(shí)物如圖3所示。

表2 電源柜主要電器品牌及參數(shù)

圖3 電源柜主要電器

3.3 機(jī)柜選型

1)安裝位置。機(jī)柜安裝在車輛司機(jī)室內(nèi)側(cè)壁AC 220 V插座附近,便于取電。

2)尺寸。按機(jī)柜車內(nèi)安裝位置和選定蓄電池、主機(jī)、接觸器、電源轉(zhuǎn)換模塊、充電模塊、VGA分配器等電器品牌體積,確定尺寸范圍。

3)結(jié)構(gòu)。柜內(nèi)有活動(dòng)隔板分層,可按安裝的電器尺寸調(diào)整高度;柜門采用鋼化玻璃門,從外部可以觀察柜內(nèi)電器;柜內(nèi)四周有線槽、導(dǎo)軌、端子排,便于安裝供電配電線纜、小型斷路器;柜門相對(duì)的后蓋板采用柵格網(wǎng),便于散熱;上面板、兩側(cè)面板為可拆卸結(jié)構(gòu),便于維護(hù)。

從車輛內(nèi)部總體布局,按上述三方面的要求,選擇600 mm×600 mm×1 200 mm機(jī)柜。

3.4 電源柜組裝

按優(yōu)化機(jī)柜、機(jī)柜內(nèi)布線、安裝電器、電器接線、通電調(diào)試的順序進(jìn)行組裝。

1)優(yōu)化機(jī)柜。在機(jī)柜上面板、后板(即柵格網(wǎng))上各安裝1個(gè)散熱風(fēng)扇,進(jìn)行柜內(nèi)電器的通風(fēng)散熱;在機(jī)柜上面板開1個(gè)方形孔,加裝數(shù)顯電壓表,用于指示蓄電池電壓;在機(jī)柜上面板上安裝系統(tǒng)電源開關(guān)(系統(tǒng)電源開關(guān)即圖2與DC 24 V/DC 12 V電源轉(zhuǎn)換模塊連接的2個(gè)小型斷路器),加裝磁性防護(hù)罩,避免乘車人員誤觸碰系統(tǒng)開關(guān)。

2)機(jī)柜內(nèi)布線。沿機(jī)柜內(nèi)布四周線槽內(nèi)加裝6 mm2軟導(dǎo)線、2.5 mm2軟導(dǎo)線,在導(dǎo)軌上加裝32 A、6 A小型斷路器。

3)安裝電器。調(diào)整機(jī)柜內(nèi)隔板位置,機(jī)柜分隔成上、下兩部分,下部安裝蓄電池,主機(jī)、接觸器、電源轉(zhuǎn)換模塊、充電模塊、VGA分配器等固定在隔板上。

4)電器接線。對(duì)照?qǐng)D2配電原理圖,各電器、小型斷路器、端子排通過線纜進(jìn)行連接。

5)通電調(diào)試。檢查、核對(duì)電器接線與圖2配電原理圖正確無誤后,通電檢查各部端子接線有無松動(dòng)情況,測(cè)量各通道小型斷路器輸出電壓。調(diào)試正常后,對(duì)各小型斷路器粘貼文字標(biāo)識(shí)。

3.5 電源柜應(yīng)用

1)開啟系統(tǒng)電源開關(guān)后,按需要閉合所需要的通道開關(guān),就可以使用對(duì)應(yīng)通道。車輛發(fā)動(dòng)機(jī)啟機(jī)后,車輛自動(dòng)向系統(tǒng)蓄電池充電,通過電源柜上面板上的數(shù)顯電壓表觀察蓄電池電壓,判斷蓄電池存電情況。

2)車輛運(yùn)行中系統(tǒng)故障時(shí),通過斷開車輛充電開關(guān)(與24 V接觸器連接的小型斷路器),隔離系統(tǒng)與車輛電路。

3)車輛在待作業(yè)的車站長(zhǎng)時(shí)間停留,此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī),啟動(dòng)車載發(fā)電機(jī)組向系統(tǒng)供電。

4)車輛在駐地停留時(shí),使用外接AC 220 V交流電源向系統(tǒng)供電。

4 結(jié) 語

該電源柜結(jié)合鐵路接觸網(wǎng)作業(yè)車使用特點(diǎn),解決了現(xiàn)有鐵路接觸網(wǎng)作業(yè)車車載音像系統(tǒng)自用電源與車輛電源互相影響、自用電源電量不足難以及時(shí)充電、使用中音像設(shè)備后期升級(jí)電源不匹配等實(shí)際問題,研制后經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)使用效果良好。隨著鐵路安全管理“人防、物防、技防” 三防安全管理理念的貫徹實(shí)施,以及鐵路接觸網(wǎng)設(shè)備規(guī)程修制改革現(xiàn)代化裝備的推進(jìn),用于強(qiáng)化鐵路供電設(shè)備檢修現(xiàn)場(chǎng)管理、提升檢修質(zhì)量的車載“技防”設(shè)備將越來越多[8]。該電源柜原理簡(jiǎn)單,安裝方便,對(duì)于接觸網(wǎng)作業(yè)車專業(yè)技術(shù)人員有借鑒作用。