高可靠性的雙能源機車控制電源系統優化設計

摘 要文章以提高雙能源機車控制電源可靠性為例，分析改進后的電源系統性價比、可靠性大大提高，并具有極大地可推廣性應用于其他110V系統。

【關鍵詞】機車 控制電源 可靠性 性價比

1 前言

隨著城市軌道交通發展，內燃機車對空氣污染、環境有害、噪聲高、振動大，隨著綠色環保意識不斷提升，研究新能源機車有著重要的現實意義。

2 雙能源機車電氣系統構成

雙能源機車以車載蓄電池和接觸網供電；在接觸網有電時，機車依靠外部電能驅動，同時給車載蓄電池充電；在接觸網無電或運行在非電化區段時，依靠車載蓄電池電能驅動機車。

特別是雙能源機車應用在救援、維護作為調度車，其可靠性設計必須予以特別重視。

雙能源機車電氣系統主要由牽引系統、輔助系統、主控制器系統、網絡系統及牽引蓄電池管理系統部分組成。

該系統可獲取電網或蓄電池兩種電源，經變換后給牽引電機及車上輔助設備供電。

主控制系統是整個電氣控制系統的大腦和中心，在接收來自司控臺的命令后，主控制器通過MVB通訊及I/O等方式對主變流柜、輔助變流柜、蓄電池及高速斷路器等進行控制，實現對整車智能控制，并將各設備實時狀態反饋到司控臺的顯示屏上。因此，保證主控制器的可靠工作就是提高雙能源機車可靠性的關鍵，具體就是保證主控制器的電源供應穩定性。下面，我們詳細分析機車控制電源系統。

目前軌道交通線上機車、車輛采用控制電壓都是110VDC，包括綠色環保的電力-蓄電池雙能源機車，并配置相應電壓，容量至少為100 AH以上，龐大、昂貴的Ni-Cd蓄電池組，價格超過10萬（RMB），而且還有相對應功率的110V充電機（由高壓主電源變換、隔離成充電電源對110V蓄電池充電，組件12），110V通過DC/DC變換成24V（組件13），供應給機車控制系統。但是，如果110V控制蓄電池故障或者組件13故障，24V電壓就無法產生，也就沒有24V的MCU（Micro-Computer Unit）控制電壓，就算電網此時有電，因為系統死機，機車也無法充電或者由架線網供電行走，產生機破故障，只能等待救援。

如圖1。

故障分析：

（1）組件13故障，沒有24V電壓，MCU不工作，機車不能行走。

（2）組件12故障，沒有110V充電電壓，但是110V蓄電池有電，24V有電，系統工作，機車正常工作。

為了克服現有車輛控制系統不足，我們提出了一種不用110V而采用24V蓄電池機車車輛電氣系統。

如圖2。

組件12改成DC/DC，取消110V蓄電池，組件13為雙向DC/DC，增加24V蓄電池。

故障分析：

（1）同樣發生組件13故障，沒有24V充電電壓，但是蓄電池24V有電并供給MCU，系統正常工作，機車正常行走。

（2）同樣發生組件12故障，沒有110V電壓輸出，MCU檢測到沒有110V電壓，自動將組件13由降壓型轉變為升壓型，即由輸入110V輸出24V變成輸入24V輸出110V，則保證110V電壓正常。機車正常行走。

而且110V蓄電池由4節24V蓄電池串聯而成，其總可靠性遠遠小于一節蓄電池的可靠性。

所以，從上幾個方面分析可知，控制蓄電池改成24V比110V系統可靠性大大增加。

而且，成本也大大降低：

110V蓄電池系統大概價格為：

大功率110V充電器：8萬

110V鎳鎘蓄電池：10萬

110/24 DC/DC：3萬

共計：21萬

24V蓄電池系統大概價格為：

DC/DC110V ： 3萬

24V鎳鎘蓄電池： 2萬

110V/24V DC/DC： 4萬

共計：9萬

3 結語

由此可見，采用24V蓄電池系統比110V蓄電池系統節約成本高達57%。而且體積減小很多。

該控制蓄電池電源的改進不僅提高控制電源的可靠性，而且大幅度降低了成本，并減小安裝體積。該改進不但適用雙能源電力機車，而且適用其他采用110V的各種機車控制蓄電池電源。

參考文獻

[1]黃濟榮.電力牽引交流傳動與控制[M].北京：機械工業出版社，1998.

[2]樊運新，葉彪.國產DWA型地鐵工程維護車[J].電力機車技術，2000（04）.

[3]秦鳴峰.蓄電池的使用與維護[M].北京：化學工業出版社，2009.

作者簡介

張立江，1983年畢業于上海鐵道大學機車電傳動專業。現為江蘇今創車輛有限公司高級工程師，從事機車電力傳動和控制設計研發工作。

作者單位

江蘇今創車輛有限公司 江蘇省常州市 213000