吳昊 趙海生 劉康寧

（國(guó)能鐵路裝備有限責(zé)任公司滄州機(jī)車車輛維修分公司 河北省滄州市 061113）

1 概述

SS4B型電力機(jī)車直流電源柜是機(jī)車系統(tǒng)中一個(gè)重要的模塊單元，它除了給機(jī)車上的蓄電池充電之外,還給機(jī)車提供穩(wěn)定的直流110V 工作電源,為機(jī)車控制系統(tǒng)提供工作電源。其可靠性關(guān)乎機(jī)車系統(tǒng)的安全和運(yùn)用效率。SS4B 電力機(jī)車直流電源柜在實(shí)際運(yùn)用中出現(xiàn)許多問(wèn)題，具體如下所述。

（1）許多的關(guān)鍵器件依賴進(jìn)口，且某些器件已經(jīng)停產(chǎn)，導(dǎo)致器件價(jià)格高，貨期長(zhǎng)。

（2）器件和模塊存在發(fā)熱量大、轉(zhuǎn)換效率低，容易損壞，單一器件故障后導(dǎo)致機(jī)車電源柜無(wú)法正常工作，造成機(jī)破事故。

（3）故障后，器件和模塊更換時(shí)間長(zhǎng)，需要停車檢修，增加了運(yùn)維工作量。

（4）蓄電池需要頻繁的進(jìn)行檢修維護(hù)，無(wú)法做到智能化狀態(tài)監(jiān)測(cè)。

為解決上述痛點(diǎn)，在不改變?cè)蠸S4B 電力機(jī)車直流電源柜安裝結(jié)構(gòu)及電氣接口的前提下，設(shè)計(jì)了一套結(jié)構(gòu)及信號(hào)接口兼容的110V 直流電源柜，直接與原SS4B型電力機(jī)車直流電源柜進(jìn)行整機(jī)替換，保證原有功能均可正常使用。本文將對(duì)110V 直流電源柜技術(shù)改進(jìn)設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)闡述。

2 110V電源柜系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

SS4B 電力機(jī)車直流電源柜是A/B 雙節(jié)重聯(lián)機(jī)車，其110V 直流電源柜主機(jī)分別安裝在A/B 節(jié)車內(nèi)，安裝結(jié)構(gòu)，電氣布局方式完全相同。

2.1 110V直流電源柜技術(shù)改進(jìn)系統(tǒng)拓?fù)湔f(shuō)明

110V 直流電源柜由3 個(gè)AC/DC 電源模塊、2 個(gè)DC/DC 電源模塊，1 套蓄電池監(jiān)測(cè)模塊，1 個(gè)DC/AC逆變電源模塊和1 個(gè)監(jiān)控模塊組成；110V 直流電源柜系統(tǒng)拓?fù)湓斠?jiàn)圖1所示。

圖1：110V 直流電源柜系統(tǒng)拓?fù)鋱D

2.2 110V直流電源柜技術(shù)改進(jìn)柜體及設(shè)備安裝說(shuō)明

110V 直流電源柜在保證機(jī)車安裝結(jié)構(gòu)不變的情況下，將原有分立的變壓器，濾波器，可控硅及輔助控制板等組成的柜體替換成由3 個(gè)AC/DC 電源模塊、2 個(gè)DC/DC 電源模塊和1 個(gè)系統(tǒng)監(jiān)控模塊組成，并額外增加2 套蓄電池監(jiān)測(cè)模塊和1 個(gè)DC/AC 逆變電源模塊，進(jìn)一步的加強(qiáng)110V 直流電源柜的工作性能。

（1）3 個(gè)AC/DC 模塊，2 個(gè)DC/DC 模塊和1 個(gè)DC/AC 逆變模塊統(tǒng)一安裝在110V 電源柜(低柜)處，分上下兩層安裝。上層安裝3 個(gè)AC/DC 模塊和2 個(gè)DC/DC 模塊，下層安裝DC/AC 逆變電源模塊。

（2）1 個(gè)監(jiān)控模塊安裝在110V 電源柜（高柜）上層，中層主要是低壓配電部分，提供庫(kù)內(nèi)充電轉(zhuǎn)換、110V輸出電壓配電、交流輸入輸出及對(duì)外輸出斷路器、電器裝配組件等。在110V 直流電源柜（高柜）的最下方提供專供外部接線所使用的接線端子。

2.3 110V直流電源柜技術(shù)改進(jìn)總體電氣參數(shù)說(shuō)明

見(jiàn)表1。

表1：110V 直流電源柜總體電氣參數(shù)

2.4 AC/DC電源模塊技術(shù)改進(jìn)電氣參數(shù)說(shuō)明

通過(guò)對(duì)SS4B 電力機(jī)車直流電源柜工作原理分析，對(duì)AC/DC 電源模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)，改進(jìn)后的AC/DC 電源模塊將單相396V 交流電變換為隔離的110V/30A 直流電，通過(guò)3 個(gè)模塊的并聯(lián)、均流的方式擴(kuò)大系統(tǒng)電源容量。當(dāng)系統(tǒng)任意一個(gè)模塊故障后，不會(huì)影響其他模塊的工作，保證系統(tǒng)穩(wěn)定性，還可以在帶電的情況下更換故障模塊。主要技術(shù)參數(shù)如表2所示。

表2：AC/DC 電源模塊主要技術(shù)參數(shù)

2.5 DC/DC電源模塊技術(shù)改進(jìn)電氣參數(shù)說(shuō)明

原SS4B 電力機(jī)車直流電源柜上的DC/DC 電源模塊是通過(guò)冷熱備份來(lái)進(jìn)行工作，當(dāng)其中一路出現(xiàn)故障后，需要手動(dòng)進(jìn)行開(kāi)關(guān)切換來(lái)完成故障模塊的退出。通過(guò)對(duì)DC/DC 電源模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)，當(dāng)模塊出現(xiàn)故障或其他異常問(wèn)題后，可自動(dòng)退出工作，備用模塊自動(dòng)切換工作。防止其他設(shè)備因斷電導(dǎo)致執(zhí)行錯(cuò)誤的命令。同時(shí)他具有熱插拔功能，可以在帶電的情況下更換故障模塊。主要技術(shù)參數(shù)如表3所示。

表3：DC/DC 電源模塊主要技術(shù)參數(shù)

2.6 DC/AC逆變電源模塊技術(shù)改進(jìn)電氣參數(shù)說(shuō)明

原SS4B 電力機(jī)車電源柜不具備在交流輸入斷電情況下，提供交流220V 輸出功能，通過(guò)對(duì)機(jī)車使用情況分析，在110V 電源柜中增加一個(gè)DC/AC 逆變電源，為機(jī)車上的生活用電提供交流220V 工作電源，為方便對(duì)模塊進(jìn)行更換，采用拔插式的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)。通過(guò)連接器可以快速的更換故障模塊。下層安裝DC/AC 逆變電源模塊的輸出電壓為AC220V，輸出功率為2000W，為機(jī)車上的生活用電提供工作電源（如：微波爐，電冰箱，燒水壺，手機(jī)充電器等設(shè)備），主要技術(shù)參數(shù)如表4所示。

表4：DC/AC 逆變電源模塊主要技術(shù)參數(shù)

2.7 蓄電池監(jiān)測(cè)模塊技術(shù)改進(jìn)電氣參數(shù)說(shuō)明

蓄電池作為鐵路車輛的必備儲(chǔ)能設(shè)備，在機(jī)車運(yùn)行中發(fā)揮著重要作用，但在實(shí)際運(yùn)行中，會(huì)遇到鼓包，虧電，充不了電等諸多問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)，會(huì)照成機(jī)車無(wú)法啟動(dòng)工作。這就需要后勤保障人員不定期的例行檢查；而且因安裝位置不方便拆卸及電池?cái)?shù)量居多等情況，導(dǎo)致工作量巨大。結(jié)合原SS4B 電力機(jī)車電源柜不具備蓄電池巡檢模塊對(duì)機(jī)車蓄電池使用情況進(jìn)行分析，因此設(shè)計(jì)了一套蓄電池巡檢模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池的單節(jié)電池電壓、內(nèi)阻、溫度監(jiān)測(cè)，進(jìn)一步提升動(dòng)力電池系統(tǒng)能量密度，降低蓄電池使用維護(hù)成本。主要技術(shù)參數(shù)如表5所示。

表5：蓄電池監(jiān)測(cè)模塊主要技術(shù)參數(shù)

2.8 監(jiān)控模塊技術(shù)改進(jìn)說(shuō)明

監(jiān)控模塊是對(duì)改進(jìn)的110V 直流電源柜上的AC/DC模塊、DC/DC 模塊，蓄電池監(jiān)控模塊，DC/AC 逆變電源模塊進(jìn)行監(jiān)控、管理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)下載等功能。對(duì)各模塊的各種工作狀態(tài)、參數(shù)和故障進(jìn)行顯示和設(shè)定。

3 110V直流電源柜技術(shù)改進(jìn)的效果

（1）用戶可根據(jù)需要對(duì)蓄電池組進(jìn)行充電參數(shù)設(shè)置,其內(nèi)部的設(shè)定的充電程式，保障充電電流和電壓穩(wěn)定,保證了充電質(zhì)量和充電效率。

（2）比普通充電機(jī)充電速度快2 ～5 倍，他具有充電模式,智能調(diào)節(jié)充電電流，并設(shè)有電池修復(fù)及浮充功能，可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同型號(hào)電池進(jìn)行智能充電。不過(guò)充、不欠充、可延長(zhǎng)電池壽命。

（3）充電效率高，比常規(guī)充電節(jié)能10%～25%。

（4）靈活的人機(jī)對(duì)話功能和人機(jī)交互界面，滿足實(shí)時(shí)工作狀態(tài)顯示及各種參數(shù)的設(shè)置和信息查詢功能。

4 結(jié)語(yǔ)

SS4B型電力機(jī)車直流電源柜進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)后，改善了設(shè)備充電性能，特別是充電效果顯著，比常規(guī)充電節(jié)能、充電時(shí)間縮短、可延長(zhǎng)電池壽命、每年節(jié)約電費(fèi)顯著等功能；新設(shè)計(jì)的110V 直流電源柜，解決其在故障后不方便進(jìn)行更換，防機(jī)破等故障問(wèn)題，并使SS4B電力機(jī)車安全運(yùn)行可靠性大幅度提高，提高了工作效率,有利于機(jī)車安全運(yùn)行生產(chǎn)。