氣體型流量傳感器在電力機車上的應用

圖爾克（天津）傳感器有限公司 張祖魁

1 前言

中國某電力機車有限責任公司，是我國電力機車研發(fā)制造的重要基地。公司引進法國阿爾斯通（Alstom）公司技術，聯(lián)合設計生產(chǎn)的“和諧D2”型大功率交流傳動電力機車，代表了國內(nèi)交流傳動電力機車的最高配置，同時也具備了國際先進水平。

“和諧D2”型電力機車（又稱“HXD2型電力機車”）為八軸大功率交流傳動貨運機車，是在阿爾斯通公司的PRIMABB43700型電力機車的基礎上開發(fā)出來的。機車采用微機網(wǎng)絡控制，標準化、模塊化設計；具有恒功范圍寬、軸功率大、粘著特性好、功率因數(shù)高、諧波干擾小、維護率低和全壽命周期、運營成本低、適用范圍廣等優(yōu)點，是中國鐵路裝備技術現(xiàn)代化的重要標志產(chǎn)品之一。

2 主、輔變流柜工作概況

大功率交流傳動機車，由逆變器供電，機車和動車組采用交流異步電動機做牽引動力。基本上每一類的貨運電力機車都會配備有一臺牽引變流柜（主變流柜）以及兩臺獨立的輔助變流柜。如圖1所示。

圖 1 大功率傳動機車主、輔變流柜

其中，牽引變流柜內(nèi)安裝有整臺機車的牽引傳動系統(tǒng)，每個電機變流器單獨給每臺牽引電機供電，因此整臺機車的動力部分和牽引變流柜密不可分，對于機車的正常運行起到至關重要的作用。

而兩臺輔助變流柜主要給冷卻塔風機、牽引通風機、水泵、油泵、空調(diào)及主壓縮機、蓄電池充電機、加熱器等輔助設備供電，采用一用一備的冗余工作方式；與牽引變流柜相比，雖然輔助變流柜是給輔助設備供電，但是其重要程度仍然不可忽視，該變流柜的正常工作與否，同樣關系到整臺機車的順利運行。

3 現(xiàn)場應用問題及解決

TURCK公司技術人員針對以上要求和工況，經(jīng)過現(xiàn)場深入交流，推薦了螺紋圓柱式模擬量輸出氣體型流量傳感器產(chǎn)品：FCS-M18-LIX，圓滿地解決了用戶的難題。由于熱式流量傳感器特殊的工作原理，其容易受到溫度突變的影響，從而容易造成檢測失敗；而TURCK的氣體型流量傳感器藉由特殊的探頭結(jié)構(gòu)以及內(nèi)部有效的閉環(huán)負反饋控制電路，實現(xiàn)了可以將溫度突變的影響基本抵消，從根本上解決了熱式流量傳感器的應用難題。另外，針對氣體流量檢測而專門設計的流量傳感器擁有比普通熱式流量傳感器更高的靈敏度，可以很準確地檢測熱量變化并不明顯的氣體，從而更好地滿足用戶的需要。

為了實時監(jiān)測變流柜內(nèi)部通風情況，從而確保變流柜的正常工作，每一臺變流柜內(nèi)部均安裝有TURCK M18外形的模擬量輸出氣體型流量傳感器2只（柜內(nèi)左右兩個風機下方各一），具體安裝位置如2所示。

在使用TURCK的氣體型流量傳感器之前，客戶也使用過其它品牌的流量傳感器，但是由于柜體內(nèi)部溫度時常變化，傳感器內(nèi)部缺乏有效地溫度突變補償反饋電路；靈敏度過低，響應時間較慢；模擬量輸出曲線不理想等原因，嚴重影響了整個機車的正常運行，也給客戶的調(diào)試工作帶來了不少的麻煩，很大程度上降低了生產(chǎn)效能。在使用過程中，由于靈敏度過低，延遲嚴重，經(jīng)常需要人工手持風速檢測儀表進行柜體內(nèi)部通風檢測；同時，由于貨運電力機車這類特殊產(chǎn)品經(jīng)常需要長時間不間斷地運行，這就使得柜體內(nèi)部的溫度變化明顯，對于普通的熱式流量開關來說，由于工作原理的特殊性，這種變化會直接造成輸出曲線不理想，線性度差，從而導致檢測的失敗。同時，安裝空間狹小，布線空間不足也是比較棘手的問題。客戶之前使用的其它品牌的傳感器均無法完全滿足應用的需要。

4 TURCK傳感器為電力機車的運行安全提供可靠保證

在此類大功率交流傳動機車上，包括主要設備牽引電動機以及冷卻塔風機、牽引通風機、水泵、油泵、空調(diào)等輔助設備在內(nèi)，其長時間不間斷運行的安全性和可靠性是第一位的，這體現(xiàn)在整個機車的每一個細節(jié)之處，尤其是給全部設備提供動力的主、輔變流柜，其可靠性尤為重要。TURCK氣體型流量傳感器在變流柜上的成功應用，充分提高了電力機車運行的可靠性，給客戶帶來了便利。

首先，TURCK氣體型流量傳感器擁有豐富的產(chǎn)品序列，可以滿足客戶不同形式的使用要求；另外，其針對于氣體研發(fā)的高度可調(diào)的靈敏度特性，使得即使變流柜體內(nèi)風量微小的流量變化也可以被傳感器感知到，從而確保了行車安全。

其次，TURCK氣體型流量傳感器也屬于TURCK熱式流量傳感器大家族的成員之一，同樣具備優(yōu)秀的抗溫度突變的性能。在電力機車不間斷的運行過程中，環(huán)境溫度千變?nèi)f化，難免會有溫度突變的情況發(fā)生，尤其對于熱式流量傳感器來說是一個比較大的考驗，TURCK的熱式流量傳感器藉由其特殊的探頭結(jié)構(gòu)和內(nèi)部補償電路，完全可以將溫度突變的影響降到最低，從而保證了模擬量輸出的穩(wěn)定，進而實現(xiàn)對變流柜體內(nèi)風量的成功監(jiān)測，確保了電力機車的長時間順利運行。

最后，TURCK M18外形的氣體型流量傳感器外形小巧，結(jié)構(gòu)緊湊，將檢測元件和處理電路集于一體，其體積僅相當于一個流量傳感探頭，尤其對于安裝空間有限或者不適于安裝分體式流量開關的應用場合來說，能夠有很大的應用自由度。