電力機車車載控制電源綜合測試系統的研究

摘要：電力機車車載控制電源是列車控制系統能源的唯一提供者，出現故障將會導致無法估量的后果。因此，研制出能夠高效準確監測及診斷控制電源的運行狀態，成為保障列車運營安全急需解決的問題。針對這種情況，我們提出使用分布式故障診斷的思路。并利用該方法試制了實驗樣機，試驗運行良好，達到了預期的目標，具備工業推廣價值。

關鍵詞：穩定；故障；分布式診斷；實驗樣機

中圖分類號：TD64 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2012） 14-0003-02

車載控制電源作為電力機車控制系統的重要組成部分，一旦出現故障將導致整個列車控制系統的癱瘓，將會對行車安全造成無法預計的嚴重后果。針對這種情況，研制出一套具有能夠實時準確的監測及預測診斷車載控制電源的實時運行情況，是當前保障電力機車安全運營急需解決的問題。車載控制電源系統包含了整流、逆變、變壓、控制等多個子系統，再加上系統自身的寄生參數對整體性能和系統穩定性都起著決定性作用，而這些子系統的寄生參數相互之間有著緊密的耦合關系。所以，使用傳統的系統故障診斷方法不能夠對車載控制電源進行全面實時的診斷。

針對目前存在的問題和控制電源自身的故障診斷計算量大，子系統寄生參數的分析方法不明確的問題。提出了使用分布式故障診斷的方法，將整個車載控制電源系統分割為相互之間有一定獨立性的不同子系統，分割之后可以針對不同子系統采取各自最有效的故障診斷方式，不需要考慮其他子系統的結構和參數。系統診斷的復雜程度得到了大大的降低，與此同時可以針對特性不同的子系統采取更加準確有效的診斷方法，從而系統診斷的可靠性和準確性得到了大大的提高。[1，2]

一、故障診斷方法及建模

（一）分布式診斷原理

（二）車載控制電源的電路結構

電力機車的電氣控制系統都需要車載控制電源來進行供電，其是機車控制系統的重要組成部分。它性能的好壞與電力機車的安全運有著直接的關系。伴隨著機車控制技術的逐步提高，控制系統精細程度的不斷增加，由直流穩壓電源直接供電的子系統也在不斷的增多。尤其是各種控制、檢測設備的大量使用，控制電源保證無故障運行就顯得越發重要。[2，4，5]

對上面提出的車載控制電源故障關系圖，我們分成如下三個步驟：

1.將系統分區為不同級。將模型中的反饋環分配給分區中的各級。

2.建立對應于系統循環因果模型的非循環因果模型。

3.建立的非循環因果模型的分區。

經過以上三步，通過優化系統的分區，使他們變成相互獨立的故障區，來實現結構簡單、計算準確高效和診斷穩定可靠的分布式故障診斷系統。[3，6，7]

二、診斷系統整體結構

基于前面的理論研究工作，采用了分布式的設計思想，針對列車的實際運行環境中具有的三大特點：運行中電磁干擾非常嚴重、機械震動大、溫濕度條件苛刻。因此在故障診斷系統設計的時候，除了診斷系統自身需要得到絕對可靠的保障之外，還必需要一些附加的電路來對采集到的信號進行信號不同的調理，以確保故障診斷過程中使用到的信號的可靠性。考慮到以上的種種因素，我們進行了車載控制電源故障診斷系統的初步設計。系統的基本結構框圖如圖3所示，圖中的虛線框中是為以后增加子模塊預留的擴展接口。

三、試驗結果

分布式車載控制電源故障診斷系統目前有樣機正在線上運行，經過了兩年的試驗運行，一共診斷出各種故障68次，下面對試驗運行過程中診斷出來的故障進行對比分析。

試驗證明，分布式故障診斷系統車載110V控制電源上的能夠較準確的起到診斷的作用，其診斷精度及穩定性已具備工業推廣的要求。

四、結論

本文提出了一種新型的車載電源故障診斷方法—分布式故障診斷，采用該方法試制出來的實驗樣機運行結果良好，基本達到了預期的準確可靠診斷的目標，具備工業推廣的價值。

參考文獻：

[1]王儒.新型控制電源研究[J].電氣技術，2008，1：54-59.

[2]阮新波，嚴仰光.直流開關電源的軟開關技術[M].科學出版社，2000，1.

[3]史平君.實用電源技術手冊電源元器件分冊[M].遼寧科技出版社，1999，1.

[4]周桂發，陳特放，崔曉慶.機車在線故障診斷專家系統研究[J].長沙鐵道學院學報，2002，20（1）：105-112.

[5]阮新波，嚴仰光.脈寬調制DC/DC全橋變換器的軟開關技術[M].科學出版社，1999，9.

[6]吳明強，史慧，朱曉華，等.故障診斷專家系統研究現狀與展望[J].計算機測量與控制，2005，13（12）：1301-1304.

[7]嚴云升.TM1型機車的微機控制系統[J].機車電傳動，1997（3）：1-4.

[8]成庶.機車車載控制電源及其故障診斷關鍵技術研究與工程實現：[博士學位論文].長沙：中南大學，2011

[作者簡介]付勝華（1965-），男，江西省高安市，本科，高級工程師，主要研究方向：軌道交通及設備檢修。