青藏鐵路DC600 V直流發(fā)電車電源檢測(cè)系統(tǒng)研制

潘崢嶸,陳 琛,劉微容,朱 翔

(蘭州理工大學(xué) 電氣工程與信息工程學(xué)院,甘肅蘭州730050)

由于青藏鐵路全線氣候條件惡劣,嚴(yán)寒缺氧,因而青藏旅客列車配備制氧、供氧、加熱等設(shè)備,隨著用電量增大,鐵路運(yùn)輸部門原有的平原發(fā)電車難以勝任新的發(fā)電要求,高原鐵路發(fā)電車應(yīng)運(yùn)而生。青藏鐵路DC600 V直流發(fā)電車(以下簡(jiǎn)稱發(fā)電車)是專用于青藏線旅客列車的高原鐵路發(fā)電車,且是國(guó)內(nèi)目前獨(dú)有的大功率直流發(fā)電車[1],其平面圖如圖1所示。在長(zhǎng)距離的鐵路運(yùn)輸過(guò)程中,發(fā)電車對(duì)外供電輸出的可靠性和連續(xù)性是青藏鐵路旅客列車安全運(yùn)行的首要條件,其運(yùn)行狀況對(duì)旅客列車的安全、服務(wù)質(zhì)量起著重要的作用,這就對(duì)發(fā)電車供電輸出及其自身的安全提出更高的要求。青藏鐵路發(fā)電車在線運(yùn)行至規(guī)定時(shí)間后須下線檢修,檢修后供電輸出必須經(jīng)過(guò)地面檢測(cè),檢測(cè)合格后方可重新上線運(yùn)行。

蘭州站作為進(jìn)(出)藏列車的重要中轉(zhuǎn)站,所有進(jìn)(出)藏旅客列車均要在蘭州站加(解)掛發(fā)電車,同時(shí)所有解掛的發(fā)電車均要定期在蘭州站進(jìn)行檢測(cè)維修和更換設(shè)備配件。由于此前尚無(wú)專門用于發(fā)電車的電源檢測(cè)設(shè)備,發(fā)電車檢修后的測(cè)試工作單純依靠人工觀測(cè)與記錄、工作量大且可靠性低,針對(duì)上述問(wèn)題,研制了青藏鐵路發(fā)電車電源檢測(cè)系統(tǒng),以保證發(fā)電車的安全運(yùn)行。

1 系統(tǒng)的工作原理

圖1 青藏鐵路DC600 V直流發(fā)電車平面圖

青藏鐵路發(fā)電車是25T型大軸重高原發(fā)電車,由于受自身軸重與車內(nèi)空間的限制,區(qū)別于以往的平原發(fā)電車,青藏鐵路發(fā)電車裝備2臺(tái)大功率交流柴油發(fā)電機(jī)組,其中柴油機(jī)采用QSK45-G6型電噴發(fā)動(dòng)機(jī),發(fā)電機(jī)采用LSA50.1M7型交流發(fā)電機(jī),每臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組輸出功率725 kW,兩臺(tái)機(jī)組不并機(jī)使用,經(jīng)整流分兩路輸出,在運(yùn)營(yíng)區(qū)間(蘭州—拉薩)可連續(xù)輸出功率2×725 kW,輸出供電制式為兩相直流電(DC600 V)[2-4]。發(fā)電車柴油發(fā)電機(jī)組輸出三相交流電(AC460 V,50 Hz),經(jīng)車載配電柜三相全控型晶閘管橋式整流裝置整流,對(duì)外輸出直流供電(DC600 V)。青藏鐵路發(fā)電車的主要技術(shù)參數(shù)如表1所示,青藏鐵路發(fā)電車電源檢測(cè)系統(tǒng)主要檢測(cè)發(fā)電車對(duì)外直流供電輸出的可靠穩(wěn)定與連續(xù)性,同時(shí)與青藏鐵路發(fā)電車車載監(jiān)控儀表建立通信,實(shí)時(shí)讀取車載監(jiān)控儀表對(duì)交流柴油發(fā)電機(jī)組的各項(xiàng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù),并對(duì)其變化趨勢(shì)記錄和分析,進(jìn)而綜合評(píng)估發(fā)電車的運(yùn)行狀態(tài)是否良好。

表1 青藏鐵路DC600 V直流發(fā)電車主要技術(shù)參數(shù)

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及構(gòu)成

青藏鐵路發(fā)電車電源檢測(cè)系統(tǒng)主要由水阻負(fù)載試驗(yàn)裝置和計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)組成,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。由于發(fā)電車對(duì)外供電是直流輸出,在非走行狀態(tài)下檢測(cè)其對(duì)外供電輸出的可靠穩(wěn)定與連續(xù)性,必須通過(guò)調(diào)整水阻負(fù)載試驗(yàn)裝置模擬發(fā)電車在實(shí)際運(yùn)行中的各種不同負(fù)載工況,綜合檢測(cè)發(fā)電車的直流供電輸出。青藏鐵路發(fā)電車電源檢測(cè)內(nèi)容主要包括整流橋檢測(cè)、直流供電輸出參數(shù)檢測(cè)、負(fù)載功率調(diào)整檢測(cè)和交流柴油發(fā)電機(jī)組工作參數(shù)檢測(cè)等。

水阻負(fù)載試驗(yàn)裝置由水阻箱、靜極板、動(dòng)極板、水阻溶液、減速機(jī)、升降電機(jī)、發(fā)電車電源進(jìn)線、進(jìn)排水系統(tǒng)等組成[5]。青藏鐵路發(fā)電車下線檢修完成后,進(jìn)行負(fù)載調(diào)整試驗(yàn),以兩極板之間的水電阻作為負(fù)載,模擬發(fā)電車的各種工況,檢查通過(guò)組裝后的發(fā)電車是否滿足原始設(shè)計(jì)要求,并對(duì)其輸出特性及有關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整,以確保發(fā)電車的組裝正確、輸出可靠、運(yùn)行安全,使其達(dá)到最佳運(yùn)行狀態(tài)。

計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)由IPC-610H工控機(jī)、顯示器等組成,檢測(cè)系統(tǒng)原理框圖如圖3所示。電流、電壓變送器用帶變送輸出的電壓傳感器和電流傳感器代替,分別對(duì)青藏鐵路發(fā)電車對(duì)外輸出的電流值和電壓值進(jìn)行高頻采樣,直流電壓、電流值通過(guò)變送輸出0～5 V的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),然后由接線端子板ADAM-3968輸入到多功能數(shù)據(jù)采集卡PCI-1710,由工控機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算、分析和處理,監(jiān)測(cè)。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是發(fā)電車車載直流電流表、直流電壓表顯示的值和計(jì)算機(jī)采集的電流、電壓信號(hào)相同,并能降低成本,實(shí)現(xiàn)發(fā)電車與地面試驗(yàn)裝置同步監(jiān)測(cè)。同時(shí)發(fā)電車車載儀表監(jiān)控柴油發(fā)電機(jī)組各項(xiàng)工作參數(shù),通過(guò)RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換器,實(shí)現(xiàn)發(fā)電車車載儀表與發(fā)電車地面電源檢測(cè)系統(tǒng)的通信連接,實(shí)時(shí)監(jiān)控發(fā)電車柴油發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速、潤(rùn)滑油壓力等。多功能數(shù)據(jù)采集卡PCI-1710的作用,一是采集模擬量的數(shù)據(jù),二是輸出開(kāi)關(guān)量,驅(qū)動(dòng)繼電器輸出板PCLD-885輸出控制動(dòng)作,調(diào)整水阻負(fù)載試驗(yàn)裝置的動(dòng)極板上下動(dòng)作,實(shí)現(xiàn)發(fā)電車輸出功率檢測(cè)的自動(dòng)控制。最終所有檢測(cè)結(jié)果可以通過(guò)打印機(jī)實(shí)現(xiàn)制表打印。

圖3 電源檢測(cè)系統(tǒng)原理框圖

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

青藏鐵路發(fā)電車電源檢測(cè)系統(tǒng)控制軟件采用Visual Basic 6.0語(yǔ)言編寫(xiě),數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用Access數(shù)據(jù)庫(kù),用戶可以設(shè)置管理員密碼保護(hù)原始數(shù)據(jù),加密數(shù)據(jù)文件,使發(fā)電車電源檢測(cè)數(shù)據(jù)更可靠,還可以根據(jù)需要,按車號(hào)或試驗(yàn)日期對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、制表及打印輸出,軟件流程如圖4所示。本檢測(cè)系統(tǒng)具有Windows操作系統(tǒng)下的人機(jī)對(duì)話界面,操作人員只需根據(jù)試驗(yàn)內(nèi)容用鼠標(biāo)點(diǎn)擊相應(yīng)的試驗(yàn)項(xiàng)目按鈕,即可進(jìn)入相應(yīng)的試驗(yàn)項(xiàng)目界面進(jìn)行試驗(yàn)。系統(tǒng)自動(dòng)記錄測(cè)試數(shù)據(jù),可以將測(cè)試數(shù)據(jù)存盤或打印,并可通過(guò)Internet與鐵路管理部門相連,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程上傳與信息共享,提高了測(cè)試的準(zhǔn)確性及生產(chǎn)檢修工作的質(zhì)量和效率[6]。

圖4 軟件流程圖

試驗(yàn)時(shí),系統(tǒng)首先進(jìn)入發(fā)電車“整流橋檢測(cè)”界面,軟件要求輸入發(fā)電車的“被檢車號(hào)”和“被檢柴油發(fā)電機(jī)機(jī)組編號(hào)”,以便與后續(xù)進(jìn)行的各個(gè)負(fù)載調(diào)整試驗(yàn)項(xiàng)目自動(dòng)關(guān)聯(lián)。同時(shí)當(dāng)初次試驗(yàn)時(shí),把待檢測(cè)發(fā)電車額定輸出電壓、額定電流的相關(guān)參數(shù)輸入以后,點(diǎn)擊“保存”,則設(shè)定的額定電壓、額定電流和額定功率將被保存,下次使用時(shí)就會(huì)自動(dòng)關(guān)聯(lián),不需要再調(diào)整和添加。當(dāng)發(fā)電車輸出相關(guān)參數(shù)有變動(dòng)時(shí),重新點(diǎn)擊“負(fù)載調(diào)整”按鈕,即可修改相關(guān)參數(shù)。

進(jìn)入“負(fù)載調(diào)整試驗(yàn)”界面,選擇不同的負(fù)載試驗(yàn)項(xiàng)目,系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)負(fù)載的不同,自動(dòng)調(diào)整水阻負(fù)載試驗(yàn)裝置中動(dòng)極板的高度,對(duì)發(fā)電車進(jìn)行不同預(yù)設(shè)負(fù)載的輸出功率檢測(cè),測(cè)試發(fā)電車在不同負(fù)載條件下對(duì)外供電輸出可靠性。當(dāng)一個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目測(cè)試完成后,系統(tǒng)自動(dòng)停止,記錄所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)并結(jié)束試驗(yàn),等待選擇新的試驗(yàn)項(xiàng)目,進(jìn)行新的負(fù)載試驗(yàn)。試驗(yàn)期間如果出現(xiàn)故障,系統(tǒng)自動(dòng)生成報(bào)警,可以點(diǎn)擊“停止試驗(yàn)”按鈕結(jié)束當(dāng)前試驗(yàn)項(xiàng)目。

進(jìn)入“試驗(yàn)數(shù)據(jù)查詢”界面,可以按“被檢車號(hào)”、“被檢柴油發(fā)電機(jī)組編號(hào)”或“檢測(cè)日期”進(jìn)行查詢,數(shù)據(jù)將顯示在表格內(nèi),并可以制表打印輸出。

4 系統(tǒng)的檢測(cè)試驗(yàn)項(xiàng)目

4.1 發(fā)電車整流橋檢測(cè)

青藏鐵路發(fā)電車對(duì)外輸出是直流供電,即車載柴油發(fā)電機(jī)組輸出三相交流經(jīng)三相全波整流后得到的,因此需要對(duì)整流橋的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),并對(duì)整流橋橋臂故障進(jìn)行智能檢測(cè)分析及故障報(bào)警,同時(shí)系統(tǒng)還可對(duì)整流橋輸出歷史曲線進(jìn)行顯示、查詢、保存和打印,如圖5所示。被檢發(fā)電車整流橋輸出的電壓波形曲線,正常情況時(shí)應(yīng)為完整的6個(gè)波頭,且輸出電壓可調(diào)范圍為DC560～DC640 V,當(dāng)整流橋橋臂故障時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警提示。

圖5 青藏鐵路發(fā)電車整流橋檢測(cè)歷史圖

4.2 發(fā)電車負(fù)載調(diào)整試驗(yàn)及輸出參數(shù)特性檢測(cè)

通過(guò)地面水阻試驗(yàn)裝置模擬發(fā)電車的外加負(fù)載,是通過(guò)調(diào)整水阻箱中動(dòng)極板升降至不同高度,來(lái)模擬發(fā)電車對(duì)外工作時(shí)的各種不同負(fù)載工況。通過(guò)檢測(cè)發(fā)電車在不同負(fù)載條件下的輸出參數(shù)特性,進(jìn)而綜合分析判斷發(fā)電車對(duì)外供電輸出的可靠性與連續(xù)性。

青藏鐵路發(fā)電車負(fù)載調(diào)整試驗(yàn)具有手動(dòng)控制和自動(dòng)控制兩種相互獨(dú)立的試驗(yàn)方法。通?？梢允褂貌僮骱?jiǎn)單的自動(dòng)控制試驗(yàn),也可采用手動(dòng)控制試驗(yàn)作為備用試驗(yàn)方法。

青藏鐵路發(fā)電車負(fù)載調(diào)整試驗(yàn)具有4個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目,分別在25%、50%、75%、100%負(fù)載狀態(tài)下進(jìn)行單項(xiàng)試驗(yàn),各次單項(xiàng)試驗(yàn)的試驗(yàn)時(shí)間分為兩種,分別為運(yùn)行15、30 min,用戶可以根據(jù)試驗(yàn)需要自行設(shè)定。

青藏鐵路發(fā)電車輸出參數(shù)特性檢測(cè)包括發(fā)電車輸出直流電壓、直流電流、負(fù)載功率、紋波電壓、紋波因數(shù);發(fā)電車柴油發(fā)電機(jī)冷卻水溫度、潤(rùn)滑油壓力、柴油機(jī)轉(zhuǎn)速,發(fā)電機(jī)輸出三相交流電壓、三相交流電流、發(fā)電機(jī)輸出功率、頻率等,如圖 6所示。

圖6 青藏鐵路發(fā)電車電源檢測(cè)試驗(yàn)記錄表

5 結(jié)束語(yǔ)

青藏鐵路發(fā)電車電源檢測(cè)系統(tǒng)是集水阻負(fù)載試驗(yàn)裝置、計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)為一體的新型試驗(yàn)設(shè)備,將被測(cè)發(fā)電車按試驗(yàn)要求連接好車端電力連接器后,操作人員只需操作鍵盤和鼠標(biāo),即可以試驗(yàn)程序在短時(shí)間內(nèi)自動(dòng)完成發(fā)電車的各項(xiàng)性能檢測(cè)試驗(yàn)。青藏鐵路發(fā)電車電源檢測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)Σ裼桶l(fā)電機(jī)組運(yùn)行工況和發(fā)電車輸出狀況進(jìn)行有效監(jiān)測(cè),實(shí)現(xiàn)了青藏鐵路發(fā)電車地面檢測(cè)試驗(yàn)由人工監(jiān)測(cè)變?yōu)樽詣?dòng)監(jiān)測(cè)。測(cè)試過(guò)程中人工干預(yù)少,測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確,系統(tǒng)可靠性高,現(xiàn)已在蘭州鐵路局蘭州車輛段投入使用,使用效果良好,安裝、使用、維護(hù)方便,試驗(yàn)操作簡(jiǎn)單,大大提高了檢修質(zhì)量和檢修效率,減輕了檢修工作者的勞動(dòng)強(qiáng)度,為青藏鐵路發(fā)電車安全運(yùn)行提供了可靠安全的保障。

[1] 張曙光,劉 剛,劉作琪,等.高原鐵路發(fā)電車:中國(guó),200720103841.0[P].2007-10-10.

[2] 盧衍祥,王萬(wàn)靜,王偉華.青藏發(fā)電車車體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析[J].鐵道車輛,2007,45(10):12-15.

[3] 王 衛(wèi).KD25T青藏鐵路發(fā)電車研制[J].鐵道機(jī)車車輛,2009,29(3):32-34.

[4] 羅 斌.青藏高原DC600 V大功率發(fā)電車電氣控制系統(tǒng)的優(yōu)化改進(jìn)[J].鐵道車輛,2009,47(8):14-18.

[5] 王志剛,張宗峰,張洪濤.機(jī)車水阻試驗(yàn)臺(tái)和增壓器試驗(yàn)臺(tái)的開(kāi)發(fā)[J].內(nèi)燃機(jī)車,2003,(1):45-48.

[6] 王晨光.發(fā)電車機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)研究[J].鐵道機(jī)車車輛,2007,27(4):22-24.