淺談軌道交通車輛電氣柜特點

任文

關鍵詞：模塊化；輕量化；集中控制

1、概述

車輛電氣柜柜專門為城市軌道交通車輛設計，是城市軌道機車必不可少的供電/信號控制設備，它通過模塊化設計將各種設備集成在電氣柜中，通過電路傳輸轉換將低壓電壓提供給各級負載供電，電氣柜為地鐵車輛必要的控制、制動、照明提供電源以及信號控制，保證車輛能正常制動、車輛信號系統能正常工作、能正常使用。

軌道交通發展越來越快，客戶針對地鐵車輛所使用的電氣柜也有更高的要求，材質可靠、輕量化、功能全面、信號集成設計、維護簡單更會得到客戶的認可，車輛電氣柜材質應城軌要求選擇符合城軌發展的高強度材質，通過EN15085標準焊接形式或鉚接形式進行制造；參考IEC60077標準進行器件布置優化，目的是使電氣柜小型化，目前城軌使用的電氣柜已能做到將各種器件合理布置，通過同系列器件、系統相通、邏輯類似原則進行模塊化布置，可避免空間的浪費、避免線路重復，體積得到控制；為了車輛運行的穩定性，以及車輛發生任何情況下的應急處理，車輛要求電氣柜包含的功能必須全面，目前電氣柜功能除了正常的供電轉換外，還有針對車輛的制動系統、照明系統、廣播系統、空調系統、牽引系統、信號系統、網絡系統、煙火系統等等進行集中控制，在任何情況下，車輛運行都能保持穩定性；為了車輛的穩定性，電氣柜采用模塊化集成設計，通過PLC控制組件或者車控制器的控制設備統一處理所有的I/O信號，統一進行信號的傳輸、轉換、跟蹤，也正因為這樣的集成設計模式，使得車輛維護變得簡單化，提高了車輛運行的效率；所以專用的車輛電氣制柜是城市軌道交通車輛必備且不可或缺的裝置，也是保障列車行駛安全至關重要的設備。

2、技術要求

新型車輛電氣柜采用芯片作為核心控制的電路，來實現各種邏輯信號控制，首先通過控制設備中的網絡板Network端口進行信號傳輸、轉換、跟蹤、上報，設備收到要求指令后，進入工作狀態，同時CPU芯片跟蹤設備狀態，因控制設備采用的開關管都是由損耗較小的器件組成，工作時產生的熱量較小，系統能更穩定的工作，且內置的電源轉換模塊為DC/DC隔離電源，后級電源不受前級影響，能給電路提供一個穩定、平滑的高質量直流電壓，提高了電源的品質，提高了系統工作效率；而相對于傳統的電氣柜由器件之間進行傳輸、轉換信號，器件數量更多占用更大的空間，控制設備有更大的優勢，能減少電氣柜的尺寸，降低整個電氣柜的重量。

新型車輛電氣柜采用48路同樣的I/O控制電路，前級信號輸入端采用下圖的K1微型繼電器進行控制，通過后級觸點的開關動作進行控制信號O1輸出，繼電器正常工作后功耗較小，可大大減小了每路I/O的功率和電流，可選用尺寸規格更小型化的、損耗較小的繼電器，易于批量生產和采購，降低硬件的成本；通過I/O模塊之間的散熱帶，將熱量平均分攤到I/O電路里，降低了單位電路的熱量損耗，提高了設備整體的散熱面積，這樣可以幫助I/O模塊更快速散熱，改善了設備內部所有元器件的工作環境，從而提高了整個產品的工作壽命。

新型車輛電氣柜采用變頻控制的電路，通過可控的頻率變化技術，可以使車輛電氣柜輸出交流電控制在25HZ～60HZ上，通過不同的工況來調節設備的輸出電壓給空調機組供電，避免設備長時間工作在最大電壓下，目的是控制車輛的用電量的功耗；同時可用電能表RS485端口進行傳輸至控制設備的CPU芯片實時進行跟蹤控制，從而降低整車的用電量損耗，把控整個車輛的用電情況。

具體設計原理示例：輸出電壓給空調機組風機供電分正常供電和旁路供電兩種方式，正常供電由SIV輸出交流電源經過（KM11）接觸器、熔斷器接至變頻電源的輸入端，由變頻電源在25HZ～60HZ頻率可調，控制輸出交流電壓，達到控制空調風機風量，降低整車的用電量損耗，旁路供電的前提是變頻電源損壞導致無輸出，（KM40）接觸器吸合，將SIV輸出交流電直接供給空調風機。

變頻電源可與車輛電氣柜通過RS485端口進行通訊，系統故障時，系統會將故障信息進行存儲，存儲容量64K，可以最多存儲6000條故障信息。

變頻控制電路如下：

主控板包括CPU板、IO板、通訊板等；主要用于控制回路的檢測，功能有XS3輸入電壓的檢測，XS7輸出電壓的檢測與穩壓、XS1輸出電流的檢測與限流、XS4接觸器的驅動與反饋檢測、各種故障的保護以及信息傳輸和存儲。另外，主控板可以通過XS8端口與車輛電氣柜進行RS485通訊，根據車輛電氣柜提供的車廂溫度、載客量來調節輸出電壓和頻率。

3、與同類產品的競爭優勢

重量方面：同類產品體積較大，器件數量較多，未采用集成化設計，維護不能簡單化，因此整車維護效率低；而本電氣柜采用集成化設計可減少柜子尺寸；相對于傳統的電氣柜由多種器件之間進行傳輸、轉換信號，器件數量更多占用更大的空間，集成化組件有更大的優勢，能減少電氣柜的尺寸，降低整個電氣柜的重量。

技術方面：同類產品后級電源易受前級影響，達不到對供電電源的高品質要求，且器件平時工作功耗大；而本控制柜采用DC/DC隔離電源，后級電源不受前級影響，能給電路提供一個穩定、平滑的高質量直流電壓，提高了電源的品質，提高了系統工作效率；采用微型繼電器進行I/O控制，通過后級觸點的開關動作進行控制信號輸出，繼電器正常工作后功耗較小，可大大減小了每路I/O的功率和電流；通過I/O模塊之間的散熱帶，將熱量平均分攤到I/O電路里，降低了單位電路的熱量損耗，提高了設備整體的散熱面積，這樣可以幫助I/O模塊更快速散熱，改善了設備內部所有元器件的工作環境，從而提高了整個產品的工作壽命。

其他方面：同類產品沒有對應的變頻控制技術，電壓仍按照最大電壓工作，做不到對用電量的跟蹤控制；而新型車輛電氣柜通過可控的頻率變化技術，通過不同的工況來調節設備的輸出電壓，避免設備長時間工作在最大電壓下，目的是控制車輛的用電量的功耗；同時可用電能表RS485端口進行傳輸至控制設備CPU芯片實時進行跟蹤控制，從而降低整車的用電量損耗，把控整個車輛的用電情況。

4、成功案例

2015年為長春軌道客車股份有限公司生產的南昌地鐵2號線配裝的車輛電氣柜；

2016年為浦鎮車輛有限公司生產的合肥地鐵2號線配裝的車輛空調控制盤；

2017年為青島四方機車車輛股份有限公司生產的廈門地鐵2號線配裝的車輛電氣柜；

（作者單位：南京志卓電子科技有限公司）