李旭東 馮愛民

摘 要：針對(duì)出口伊拉克時(shí)速160km/h內(nèi)燃動(dòng)車組動(dòng)車電氣系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，介紹了動(dòng)車組主要性能參數(shù)，從主牽引系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)、輔助供電系統(tǒng)以及適合當(dāng)?shù)剡\(yùn)營條件的電氣設(shè)備選型等方面進(jìn)行了分析，并對(duì)伊拉克時(shí)速160km/h內(nèi)燃動(dòng)車組動(dòng)車電氣系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行了歸納總結(jié)。

關(guān)鍵詞：時(shí)速160km/h；動(dòng)力集中；內(nèi)燃動(dòng)車組；電氣系統(tǒng)；防高溫風(fēng)沙設(shè)計(jì)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.07.200

1 概述

出口伊拉克時(shí)速160km/h內(nèi)燃動(dòng)車組為伊拉克國內(nèi)首列內(nèi)燃動(dòng)力動(dòng)車組，主要用途為中短途旅客運(yùn)輸，運(yùn)行線路為巴格達(dá)至巴士拉，線路總長約700km。

動(dòng)車組編組型式：D1+T1+T2+T2+T2+T4+T3+T3+T3+D1，其中D1為帶司機(jī)室的動(dòng)車，為動(dòng)車組提供動(dòng)力及輔助設(shè)備用電，T1為一等座車，T2為二等座車，T3為臥車，T4為餐車。

由于巴格達(dá)至巴士拉區(qū)間為熱帶沙漠氣候，因此設(shè)計(jì)動(dòng)車電氣系統(tǒng)時(shí)充分考慮其高溫、風(fēng)沙等氣候特點(diǎn)。

2 列車主要技術(shù)參數(shù)

運(yùn)行環(huán)境溫度：-10℃-55℃；動(dòng)車組總載客人數(shù) 343人；動(dòng)車組總牽引功率 2×2190kW；動(dòng)車組總供電功率 2×480kW；軸式：A1A-A1A；傳動(dòng)比：77/21；動(dòng)車軸重 ≤20t；拖車軸重 ≤15t；最高運(yùn)行速度 160km/h（按動(dòng)輪直徑半磨耗計(jì)算）；持續(xù)速度：77.5km/h（按動(dòng)輪直徑半磨耗計(jì)算）；單車牽引最大運(yùn)行速度 112km/h；最大起動(dòng)牽引力 2×122kN；持續(xù)牽引力 2×75kN；緊急制動(dòng)距離 ≤1400m（初速度160km/h）

3 電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 牽引系統(tǒng)設(shè)計(jì)

動(dòng)車主傳動(dòng)系統(tǒng)采用交—直電傳動(dòng)，在牽引工況下，車載微機(jī)控制柴油機(jī)啟動(dòng)，柴油機(jī)啟動(dòng)之后帶動(dòng)主輔發(fā)電機(jī)，主發(fā)電機(jī)發(fā)出三相交流電，經(jīng)自帶整流器整流后通過主接觸器、工況轉(zhuǎn)換開關(guān)、方向轉(zhuǎn)換開關(guān)，驅(qū)動(dòng)4臺(tái)牽引電機(jī)運(yùn)行。

主控微機(jī)根據(jù)司機(jī)控制器的檔位，調(diào)節(jié)柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速。

在牽引工況下，主微機(jī)根據(jù)柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速和發(fā)電機(jī)的輸出功率，調(diào)節(jié)主發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)不同轉(zhuǎn)速下的恒功控制。

柴油機(jī)的最大運(yùn)用功率與同步主發(fā)電機(jī)經(jīng)主硅整流柜輸出的電功率之間的關(guān)系，可用下式表示：

PF=（Ne-Nf）*ηF*ηZ =UF*IF *10-3

其中：PF ——同步主發(fā)電機(jī)經(jīng)主硅整流柜的輸出功率 （kW）

Ne ——柴油機(jī)輸出功率 （kW）

Nf ——?jiǎng)榆囕o助功率 （kW）

ηF ——同步主發(fā)電機(jī)的效率

ηZ ——主硅整流柜的效率

UF ——同步主發(fā)電機(jī)經(jīng)主硅整流柜的輸出電壓 （V）

IF ——同步主發(fā)電機(jī)經(jīng)主硅整流柜的輸出電流 （A）

在電阻制動(dòng)工況下，牽引電機(jī)轉(zhuǎn)為直流他勵(lì)發(fā)電狀態(tài)，4臺(tái)牽引電機(jī)勵(lì)磁繞組串聯(lián)，并由主整流器供電。動(dòng)車切斷動(dòng)力后，在慣性作用下，繼續(xù)前行，牽引電機(jī)轉(zhuǎn)為發(fā)電狀態(tài)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，并將發(fā)出的直流電消耗在制動(dòng)電阻上。

在自負(fù)荷工況下，由主發(fā)電機(jī)發(fā)出的交流電經(jīng)主整流裝置整流后，經(jīng)過自負(fù)荷閘刀（不經(jīng)過電機(jī)電樞）、制動(dòng)電阻、牽引電機(jī)的勵(lì)磁繞組，將發(fā)電機(jī)輸出的電能消耗在制動(dòng)電阻上。自負(fù)荷試驗(yàn)，為靜態(tài)調(diào)試動(dòng)車的牽引及制動(dòng)參數(shù)，模擬動(dòng)車的牽引與制動(dòng)工況工作，提供極大的方便。

主發(fā)勵(lì)磁機(jī)，安裝在輔助柜內(nèi)，輸出電流：DC0-125A由主微機(jī)通過PWM信號(hào)控制其輸出。

3.2 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

伊拉克內(nèi)燃動(dòng)車組微機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)采用國產(chǎn)化自主平臺(tái)DTECS，主要實(shí)現(xiàn)列車重聯(lián)、柴油機(jī)調(diào)試、MVB通信、故障診斷和報(bào)警等功能。

微機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)具有如下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）總線傳輸，減少硬連線，減輕車輛重量；（2）對(duì)車輛運(yùn)行狀態(tài)信息和車載設(shè)備狀態(tài)信息進(jìn)行集中管理，提高列車信息化程度，支撐司機(jī)和乘務(wù)員工作；

微機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)采用2級(jí)拓?fù)?，列車總線采用WTB總線；車輛總線采用MVB（EMD）總線。關(guān)鍵控制指令采用硬線備份傳輸。

微機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)主要組成設(shè)備為GWMe模塊（網(wǎng)關(guān)模塊）、LCS32（微機(jī)裝置）以及HMI（顯示器）。

3.3 輔助供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

輔助供電系統(tǒng)輔助發(fā)電機(jī)和輔助變流器，輔助變流器主要負(fù)責(zé)管理機(jī)車輔助交流系統(tǒng)，控制輔助交流發(fā)電機(jī)的輸出電壓，結(jié)合機(jī)車運(yùn)行工況及主傳動(dòng)系統(tǒng)各部件的工作狀態(tài)，控制各輔助電機(jī)的工作電壓及工作頻率，實(shí)現(xiàn)機(jī)車輔助功率消耗最小化管理。當(dāng)輔助變流模塊故障時(shí)，輔助變流控制單元通過對(duì)接觸器的切換控制來實(shí)現(xiàn)負(fù)載切換或者實(shí)現(xiàn)輔助負(fù)載由輔助交流發(fā)電機(jī)直接供電。

輔助變流器柜控制單元（ACU）采用西門子S7 系列產(chǎn)品。通過采集機(jī)車信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)輔助系統(tǒng)負(fù)載的控制。ACU 中集成兩路RS485 通訊口，同時(shí)完成與變流器模塊和車載微機(jī)進(jìn)行通訊。

ACU 主要功能如下：（1）控制整個(gè)輔助變流器輸入輸出的工作狀態(tài)；（2）實(shí)時(shí)監(jiān)測各種電器結(jié)點(diǎn)的狀態(tài)并做相應(yīng)的處理；（3）對(duì)來自硬件單元的故障信號(hào)做相應(yīng)的處理；（4）采集水溫信號(hào)，控制各變流器模塊的啟停和工作頻率的給定及相應(yīng)的轉(zhuǎn)換；（5）采集硬件單元的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并儲(chǔ)存；（6）將儲(chǔ)存的資料傳送至車載微機(jī)；（7）可通過觸摸屏實(shí)時(shí)監(jiān)控變流器運(yùn)行狀態(tài)及參數(shù)，讀取故障內(nèi)容。

4 防高溫、風(fēng)沙設(shè)計(jì)

動(dòng)車電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)采取以下措施應(yīng)對(duì)伊拉克高溫、風(fēng)沙的運(yùn)營環(huán)境：（1）主接觸器的輔助觸點(diǎn)采用防塵觸頭，全封閉外殼，防止沙子進(jìn)入觸頭接觸面，造成接觸不良回路不通；（2）電器柜整體密封，柜體下面留有通風(fēng)口，向柜體內(nèi)吹風(fēng)，頂部安裝四個(gè)風(fēng)扇抽風(fēng)，保持柜體內(nèi)正壓，防止風(fēng)沙進(jìn)入；（3）繼電器采用全密封繼電器，防止風(fēng)沙干擾觸點(diǎn)閉合；（4）所有電器件垂直豎立安裝，如果有沙子的話就會(huì)在重力的吸引下，落到柜體的下面；（5）電氣柜采用全密封結(jié)構(gòu)，柜門使用密封條密封，柜門關(guān)閉后無縫隙，避免沙塵進(jìn)入；電氣底部進(jìn)線使用專用密封機(jī)構(gòu)，每根電纜都通過專用走線孔走線。

5 主要技術(shù)特點(diǎn)

動(dòng)車電氣系統(tǒng)主要技術(shù)特點(diǎn)如下：（1）采用他勵(lì)式交流整流為直流的牽引交流發(fā)電機(jī)組，交流發(fā)電系統(tǒng)與整流系統(tǒng)集成于一體，結(jié)構(gòu)緊湊，成熟可靠，便于維護(hù)；（2）控制系統(tǒng)選用車載微機(jī)。微機(jī)控制系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：1）對(duì)整車控制提供了從恒功率勵(lì)磁控制到動(dòng)車邏輯控制的全套解決方案，成為一個(gè)比較完善的系統(tǒng)，有利于數(shù)據(jù)信息的綜合處理和利用；2）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)明晰，有利于排查動(dòng)車電氣系統(tǒng)的故障，簡化了系統(tǒng)的常規(guī)維護(hù)；（3）采用交流輔助系統(tǒng)。交流輔助系統(tǒng)為相對(duì)獨(dú)立的閉環(huán)控制系統(tǒng)，輔助微機(jī)獨(dú)立對(duì)輔助系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)采集、分析和控制，并可通過RS485通信方式與動(dòng)車主微機(jī)通信。當(dāng)輔助系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，輔助柜微機(jī)與主微機(jī)通信，發(fā)送故障信息；（4）主發(fā)電機(jī)采用主發(fā)勵(lì)磁機(jī)進(jìn)行控制，輔助交流發(fā)電機(jī)采用輔發(fā)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器進(jìn)行勵(lì)磁控制，該兩個(gè)勵(lì)磁單元模塊化、功能完善，便于維修。

6 結(jié)束語

出口伊拉克時(shí)速160km/h內(nèi)燃動(dòng)車組成功試制之后，已于2014年投入運(yùn)營，運(yùn)營狀況良好，各種參數(shù)完全達(dá)到并優(yōu)于設(shè)計(jì)要求，得到用戶好評(píng)。該動(dòng)車組的成功運(yùn)營為出口西亞地區(qū)軌道交通車輛的設(shè)計(jì)積累了經(jīng)驗(yàn)，提供了參考，具有深遠(yuǎn)和重大的意義。

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作者簡介：李旭東（1979-），男，山東樂陵人，研究生，研究方向：電力電子與電力傳動(dòng)。