HXD3C電力機車列車供電控制系統設計開發及技術特點

摘 要從HXD3C電力機車列車供電控制系統與原交直電力機車列車供電控制系統的比較出發，介紹HXD3C電力機車列車供電控制系統設計開發的技術特點及為貫徹簡統化、模塊化、系列化所采取的措施。HXD3C電力機車列車供電控制系統產品已在現場投入使用，其性能日臻完善并得到驗證。

【關鍵詞】HXD3C電力機車 列車供電控制系統 技術特點

從2004年4月鐵路第五次大提速開始，電力機車列車供電系統向旅客列車進行直供電的運用越來越廣泛。盡管交直電力機車列車供電控制系統已在SS9、SS8等電力機車上大規模推廣使用多年，現場運用成熟、可靠，但是受制于當時技術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，已不適應目前形勢的發展需要。

為保證電力機車列車供電系統的可靠運行質量，保證旅客列車的運行安全、舒適，因此在HXD3C電力機車上對列車供電控制系統進行變革改進符合機車技術進步及現實的需要。

1 技術改進及優化的原則

作為列車供電控制系統的改進升級產品，HXD3C電力機車列車供電控制系統充分吸收了原交直電力機車列車供電控制系統的設計優點和成功運用經驗，并考慮以往運行中出現的問題以及后續采取的措施，一并在新設計的HXD3C電力機車列車供電控制系統中加以解決。

為滿足HXD3C電力機車技術進步的需要，整個列車供電控制系統設計中充分利用了當今先進的計算機控制技術，采用了新的電子元器件及新工藝，貫徹簡統化、模塊化、系列化的設計思想，提高產品的質量和技術含量。

2 技術特點

2.1 系統架構優化

在HXD3C電力機車列車供電控制系統的開發設計中，借鑒了原列車供電控制系統的設計思想，并對系統架構和功能模塊進行了優化。HXD3C電力機車列車供電控制系統包含了開關電源、供電控制、脈沖分配等5個基本通用模塊， 采用A/B兩組冷備冗余設計方式，并利用外部網卡實現與HXD3C電力機車TCMS系統通信，可實現DC600V列車供電系統的特性控制、整流控制、故障保護等功能。

與原列車供電控制系統相比，HXD3C電力機車列車供電控制系統的優越性體現在：

（1）系統延用了完全相同的A/B兩組進行冷備份冗余，提高了系統的可靠性。

（2）系統采用了模塊化設計的思想，規劃清晰，有利于系統后期的升級和擴展。

（3）系統采用背板進行各插件間的模擬信號和數字信號傳遞，屏蔽效果好。

（4）數字入出插件、供電控制插件和脈沖分配插件間采用了總線技術進行數據交換，響應速度快，不易受到干擾。

2.2 微機控制升級

與原供電控制系統采用的單片機設計的控制平臺相比，HXD3C電力機車列車供電控制系統由供電控制、數字入出和脈沖分配3個基本通用模塊組成，各模塊間的信號交換如下圖所示。

列車供電柜的數字量信號從數字入出插件輸入，經數字入出插件的電平轉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現邏輯控制。

供電控制插件采用了DSP+ARM雙CPU架構，DSP完成總線管理、總線上各插件的數據交換以及特性、參數保護等控制功能，ARM完成人機接口等功能；板內邏輯及外圍信號的采集與預處理由FPGA控制管理，將模擬量信號轉換為數字信號、從總線獲取其他數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字開關量通過背板總線送至數字入出插件的可編程邏輯器件CPLD輸出，并經數字入出插件完成電平轉換后輸出驅動相關的繼電器。

脈沖分配插件根據供電控制插件的計算結果等形成的移相電平轉換成晶閘管的順序觸發脈沖信號，經脈沖放大后驅動供電系統的單相半控整流橋。

2.3 供電系統信息化

原列車供電控制系統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電力機車列車供電控制系統中，設置了網絡通訊模塊收集供電控制系統和電度表的信息，然后將信息按照通訊協議發送到機車TCMS系統，并在機車顯示屏上顯示。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）數字量信息：列車供電柜內交流接觸器、快速熔斷器等開關狀態信號。

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

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

2.4 機箱工藝

HXD3C電力機車列車供電控制系統吸收了原列車供電控制系統的優點，列車供電控制裝置的機箱結構采用了60R的插箱結構，包含功能完全相同的A、B兩組控制系統且相互獨立，可以任選一組工作，提高了整車的可靠性。

3 結束語

截止到現在，HXD3C電力機車列車供電控制系統已有一千多套在現場投入運用，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，其性能日臻完善并得到驗證，不僅有助于提升我國機車電氣系統和機車裝備的技術水平，而且可以大大提高產品質量的可靠性，減少維修工作量，節約維修成本，提高鐵路局的運輸效益，實現良好的經濟效益和社會效益。

參考文章

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

[2]吳強.客運列車供電系統[J].機車電傳動，2003，5：54-61.

[3]王小方.電力機車DC600V供電系統的改進[J].機車電傳動，2004（04）：41-44.

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

作者簡介

鄧林峰（1983-），男，湖南省寧鄉市人。大學本科學歷。現為株洲中車時代電氣股份有限公司助理工程師。研究方向為軌道交通列車供電系統。

作者單位

株洲中車時代電氣股份有限公司 湖南省株洲市 412001