出口伊拉克時速160km/h動車組動車電氣系統(tǒng)設(shè)計

李旭東 馮愛民

摘 要：針對出口伊拉克時速160km/h內(nèi)燃動車組動車電氣系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計，介紹了動車組主要性能參數(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\營條件的電氣設(shè)備選型等方面進行了分析，并對伊拉克時速160km/h內(nèi)燃動車組動車電氣系統(tǒng)技術(shù)特點進行了歸納總結(jié)。

關(guān)鍵詞：時速160km/h；動力集中；內(nèi)燃動車組；電氣系統(tǒng)；防高溫風(fēng)沙設(shè)計

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

1 概述

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

動車組編組型式：D1+T1+T2+T2+T2+T4+T3+T3+T3+D1，其中D1為帶司機室的動車，為動車組提供動力及輔助設(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)計動車電氣系統(tǒng)時充分考慮其高溫、風(fēng)沙等氣候特點。

2 列車主要技術(shù)參數(shù)

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

3 電氣系統(tǒng)設(shè)計

3.1 牽引系統(tǒng)設(shè)計

動車主傳動系統(tǒng)采用交—直電傳動，在牽引工況下，車載微機控制柴油機啟動，柴油機啟動之后帶動主輔發(fā)電機，主發(fā)電機發(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4臺牽引電機運行。

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

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

柴油機的最大運用功率與同步主發(fā)電機經(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)電機經(jīng)主硅整流柜的輸出功率 （kW）

Ne ——柴油機輸出功率 （kW）

Nf ——動車輔助功率 （kW）

ηF ——同步主發(fā)電機的效率

ηZ ——主硅整流柜的效率

UF ——同步主發(fā)電機經(jīng)主硅整流柜的輸出電壓 （V）

IF ——同步主發(fā)電機經(jīng)主硅整流柜的輸出電流 （A）

在電阻制動工況下，牽引電機轉(zhuǎn)為直流他勵發(fā)電狀態(tài)，4臺牽引電機勵磁繞組串聯(lián)，并由主整流器供電。動車切斷動力后，在慣性作用下，繼續(xù)前行，牽引電機轉(zhuǎn)為發(fā)電狀態(tài)，將機械能轉(zhuǎn)換為電能，并將發(fā)出的直流電消耗在制動電阻上。

在自負(fù)荷工況下，由主發(fā)電機發(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)過電機電樞）、制動電阻、牽引電機的勵磁繞組，將發(fā)電機輸出的電能消耗在制動電阻上。自負(fù)荷試驗，為靜態(tài)調(diào)試動車的牽引及制動參數(shù)，模擬動車的牽引與制動工況工作，提供極大的方便。

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

3.2 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)設(shè)計

伊拉克內(nèi)燃動車組微機網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)采用國產(chǎn)化自主平臺DTECS，主要實現(xiàn)列車重聯(lián)、柴油機調(diào)試、MVB通信、故障診斷和報警等功能。

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

微機網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)采用2級拓?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（微機裝置）以及HMI（顯示器）。

3.3 輔助供電系統(tǒng)設(shè)計

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

輔助變流器柜控制單元（ACU）采用西門子S7 系列產(chǎn)品。通過采集機車信號，實現(xiàn)對輔助系統(tǒng)負(fù)載的控制。ACU 中集成兩路RS485 通訊口，同時完成與變流器模塊和車載微機進行通訊。

ACU 主要功能如下：（1）控制整個輔助變流器輸入輸出的工作狀態(tài)；（2）實時監(jiān)測各種電器結(jié)點的狀態(tài)并做相應(yīng)的處理；（3）對來自硬件單元的故障信號做相應(yīng)的處理；（4）采集水溫信號，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）采集硬件單元的實時數(shù)據(jù)并儲存；（6）將儲存的資料傳送至車載微機；（7）可通過觸摸屏實時監(jiān)控變流器運行狀態(tài)及參數(shù)，讀取故障內(nèi)容。

4 防高溫、風(fēng)沙設(shè)計

動車電氣系統(tǒng)設(shè)計時采取以下措施應(yīng)對伊拉克高溫、風(fēng)沙的運營環(huán)境：（1）主接觸器的輔助觸點采用防塵觸頭，全封閉外殼，防止沙子進入觸頭接觸面，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)，頂部安裝四個風(fēng)扇抽風(fēng)，保持柜體內(nèi)正壓，防止風(fēng)沙進入；（3）繼電器采用全密封繼電器，防止風(fēng)沙干擾觸點閉合；（4）所有電器件垂直豎立安裝，如果有沙子的話就會在重力的吸引下，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，避免沙塵進入；電氣底部進線使用專用密封機構(gòu)，每根電纜都通過專用走線孔走線。

5 主要技術(shù)特點

動車電氣系統(tǒng)主要技術(shù)特點如下：（1）采用他勵式交流整流為直流的牽引交流發(fā)電機組，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；（2）控制系統(tǒng)選用車載微機。微機控制系統(tǒng)具有以下特點：1）對整車控制提供了從恒功率勵磁控制到動車邏輯控制的全套解決方案，成為一個比較完善的系統(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，有利于排查動車電氣系統(tǒng)的故障，簡化了系統(tǒng)的常規(guī)維護；（3）采用交流輔助系統(tǒng)。交流輔助系統(tǒng)為相對獨立的閉環(huán)控制系統(tǒng)，輔助微機獨立對輔助系統(tǒng)進行信號采集、分析和控制，并可通過RS485通信方式與動車主微機通信。當(dāng)輔助系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，輔助柜微機與主微機通信，發(fā)送故障信息；（4）主發(fā)電機采用主發(fā)勵磁機進行控制，輔助交流發(fā)電機采用輔發(fā)勵磁調(diào)節(jié)器進行勵磁控制，該兩個勵磁單元模塊化、功能完善，便于維修。

6 結(jié)束語

出口伊拉克時速160km/h內(nèi)燃動車組成功試制之后，已于2014年投入運營，運營狀況良好，各種參數(shù)完全達(dá)到并優(yōu)于設(shè)計要求，得到用戶好評。該動車組的成功運營為出口西亞地區(qū)軌道交通車輛的設(shè)計積累了經(jīng)驗，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。