車載設(shè)備電源智能穩(wěn)壓和報警裝置

孫寶龍 佟德雙 付少純

孫寶龍:北京鐵路局唐山電務(wù)段 工程師 063000 河北唐山

佟德雙:北京鐵路局唐山電務(wù)段 高級工程師 063000 河北唐山

付少純:北京鐵路局唐山電務(wù)段 高級工程師 063000 河北唐山

自2008年機(jī)車監(jiān)控和機(jī)車信號合并為車載設(shè)備，統(tǒng)一歸電務(wù)部門管理以來，車載設(shè)備結(jié)合部安全管理就存在諸多問題，其中供電問題比較突出。從原天津電務(wù)段唐山車載設(shè)備車間的設(shè)備運(yùn)用記錄分析發(fā)現(xiàn)，機(jī)車電源過壓問題經(jīng)常發(fā)生，月均3～4次。自2010～2011年上半年，由于機(jī)車供電問題燒損的全套車載設(shè)備(監(jiān)控主機(jī)、雙端顯示器、TAX2箱和機(jī)號主機(jī))共計6套，嚴(yán)重影響了運(yùn)輸生產(chǎn)，還給車載設(shè)備的備品、備件補(bǔ)給造成極大壓力，直接車載設(shè)備損失超百萬元。

1 機(jī)車供電車載設(shè)備存在問題

1．機(jī)車電壓超高在138 V以上或牽引電流不平衡造成過流，使機(jī)車在運(yùn)用過程中造成車載設(shè)備燒損。

2．機(jī)車在運(yùn)行中瞬間斷電，或斷電時間超30 s，造成車載設(shè)備硬件復(fù)位或停止工作。

3．機(jī)車換向不良，主要指Ⅰ、Ⅱ端電源同時供電或斷電。

4．機(jī)務(wù)電源對地絕緣不良，造成電源電壓大范圍波動，致使車載設(shè)備不能正常工作。

5．機(jī)務(wù)接入電源錯誤，造成車載設(shè)備燒損或記錄文件異常。

2 原因分析

1．燒損車載設(shè)備的機(jī)車主要集中在內(nèi)燃和電力老車型，如:DF4B、DF4D、DF7、DF8B、SS1等，這些車型由于出廠時間較早，機(jī)車電源控制系統(tǒng)落后，性能不穩(wěn)定，控制器件老化。

2．機(jī)車起動時不關(guān)閉(如監(jiān)控主機(jī))或不能關(guān)閉(如JT-C2000機(jī)號主機(jī))車載設(shè)備，容易產(chǎn)生過壓、過流現(xiàn)象，從而造成車載設(shè)備及監(jiān)控設(shè)備燒損。

3．車載設(shè)備統(tǒng)一歸電務(wù)管理后，與機(jī)務(wù)的相關(guān)問題凸顯。

4．由于近年機(jī)車頻繁調(diào)動，再加上車載設(shè)備加裝滯后的現(xiàn)實(shí)，各車型車載設(shè)備與機(jī)務(wù)的對接地點(diǎn)有很大區(qū)別，接入手法各異。一方面造成檢修困難，另一方面增加了車載設(shè)備的供電故障點(diǎn)和故障幾率。

5．老車型沒有統(tǒng)一的機(jī)務(wù)對車載設(shè)備供電對接地點(diǎn)和標(biāo)準(zhǔn)，對接端子的式樣不同，標(biāo)識及順序混亂，無清晰標(biāo)注標(biāo)簽，隨意性較大，配線綁扎不規(guī)范，不利于設(shè)備檢測和故障處理，增加了車載設(shè)備電源故障延時及發(fā)生的可能性。

為此，依據(jù)多年車載設(shè)備維修經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合車載設(shè)備運(yùn)用實(shí)際，作為2012年北京鐵路局B級科技項(xiàng)目，由唐山電務(wù)段開發(fā)研制了車載設(shè)備智能電源穩(wěn)壓和報警裝置。

3 裝置結(jié)構(gòu)及原理

3.1 穩(wěn)壓電路

車載設(shè)備智能電源穩(wěn)壓和報警裝置結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，可實(shí)現(xiàn)在較寬泛范圍內(nèi)輸出電壓的相對穩(wěn)定。采用全橋式變換電路，其主要優(yōu)點(diǎn):①輸出功率大，工作效率高;②開關(guān)管的耐壓值低，不易燒損;③可以用于輸入電壓比較高的場合，其輸出功率比推挽式變壓器開關(guān)電源的輸出功率大很多;④同樣適用于工作電源電壓較低的場合。

圖1 車載設(shè)備智能電源穩(wěn)壓和報警裝置結(jié)構(gòu)框圖

此外，還有針對性地設(shè)計了濾波電路，可在較大程度上濾去電化區(qū)段運(yùn)行過程中電源產(chǎn)生的電涌電壓和電流。另外，在電源的輸入端接有大功率整流，可防止電源接入錯誤造成的設(shè)備燒損。

3.2 故障轉(zhuǎn)接電路

1．當(dāng)穩(wěn)壓模塊故障(如輸出過、欠壓)時，相關(guān)繼電器轉(zhuǎn)換接點(diǎn)閉合，自動轉(zhuǎn)換到直供狀態(tài)，由輸入電源直接供給車載設(shè)備。

2．當(dāng)輸入電壓低于60 V時，相關(guān)轉(zhuǎn)換電路會旁路穩(wěn)壓模塊，自動切換到電池直供狀態(tài)。

3．輸入電壓在高位時，穩(wěn)壓模塊一直穩(wěn)定在(105±5)V，直到燒損或故障才自動切換到直供狀態(tài)。

4．故障轉(zhuǎn)換時間小于0.15 s，且增加了一個電容，平時處于充電狀態(tài)，在設(shè)備轉(zhuǎn)換過程中放電，從而減小或消除設(shè)備轉(zhuǎn)換過程中對車載設(shè)備的影響。

3.3 報警電路

以下幾種情況將啟動報警電路，點(diǎn)亮故障燈:①機(jī)務(wù)機(jī)車電源反接或換向電源Ⅰ、Ⅱ端同時供電時;②輸入電壓超出設(shè)備運(yùn)用規(guī)定值時;③穩(wěn)壓模塊故障轉(zhuǎn)直供時;④電源輸出異常，高于115 V或低于88 V時。在裝置電源的后部設(shè)有相應(yīng)外接的報警端子，可在司機(jī)室外接報警器。

3.4 記錄及存儲部分

裝置通過對輸入、輸出電壓進(jìn)行采樣，一方面屏幕顯示，另一方面記錄和儲存。記錄頻率為每秒1次，連續(xù)記錄時間不少于72 h，新記錄文件會自動覆蓋最早文件。外部設(shè)有USB轉(zhuǎn)儲接口，可通過U盤進(jìn)行轉(zhuǎn)儲。內(nèi)部儲存卡暫定為512 MB。配備有專門的分析軟件，通過電腦可對輸入電壓進(jìn)行實(shí)時分析和了解，掌握機(jī)車電源情況的第一手資料。

3.5 表示和對接部分

裝置前面板如圖2所示。有電源電壓顯示視窗，可實(shí)時顯示輸入、輸出電源電壓情況。電源電壓正常時，綠色指示燈點(diǎn)亮;模塊故障、輸入故障、換向故障時，分別對應(yīng)3個紅色表示燈。故障表示燈平時滅燈。裝置后部有3類對接端子，分別是輸入端子(電源輸入和Ⅰ、Ⅱ端換向輸入)、輸出端子(5路電源輸出和Ⅰ、Ⅱ端換向輸出)，外接報警端子。各連接端子都有相應(yīng)明確的漢字標(biāo)識。以備使用人員確認(rèn)。

4 裝置功能

1．寬帶穩(wěn)壓功能:在DC 60-160 V超寬電壓范圍內(nèi)穩(wěn)壓，穩(wěn)壓精度在 DC(105±5)V范圍內(nèi)。

圖2 裝置前面板

2．過欠壓報警。低于 DC 75 V或高于 DC 115 V系統(tǒng)啟動鳴音報警，通知使用人員電源異常。

3．自身故障安全轉(zhuǎn)接。系統(tǒng)故障輸出異常自動切換為機(jī)車電源直供，切換時間小于0.15 s。

4．機(jī)務(wù)換向電源異常供電報警。一旦Ⅰ端、Ⅱ端同時供電，會自動啟動鳴音報警功能。

5．多輸出分路供電端子。共有5對DC 110V輸出端子，可分別連接監(jiān)控主機(jī)、雙端監(jiān)控顯示器、機(jī)號主機(jī)、TAX2箱LIAS等外圍設(shè)備，規(guī)范設(shè)備對接。

6．滿足設(shè)備輸出功率要求。設(shè)計監(jiān)控主機(jī)(小于200 W)、監(jiān)控顯示器(2×50 W)、機(jī)號主機(jī)(40 W)、TAX2箱(40W)LIAS(15 W)，總功率小于400 W，電源總功率輸出為550 W。

7．工作環(huán)境溫度在－25℃ ～+55℃，具有一定的防震功能設(shè)計，能適應(yīng)機(jī)車動態(tài)工作環(huán)境。

5 裝置特點(diǎn)

1．電源電壓控制精度準(zhǔn)確。

2．模塊智能化集成度高。

3．安全性好，故障導(dǎo)向安全。

4．外觀尺寸適當(dāng)，易于安裝。

5．為車載設(shè)備量身定制，適應(yīng)性好。

6．內(nèi)部和外接報警雙重選擇。

7．應(yīng)用端子標(biāo)識清晰排列有序。

8．機(jī)務(wù)電務(wù)集中對接分界清楚易于維護(hù)。

6 技術(shù)指標(biāo)

1．直流輸入電壓范圍:60～160 V

2．直流輸入最大電流:≤10 A

3．直流輸出最大功率:≥550 W

4．直流輸出電壓:(105±5)V

5．直流輸出電流:5 A

6．直流輸出紋波:≤1%

7．輸出短路保護(hù):有

8．輸出過、欠壓保護(hù):有(保護(hù)值可以設(shè)定)

9．故障自動切直供:有，小于0.15 s

10．絕緣強(qiáng)度:≥500VAC，1 min無飛弧，無擊穿

11．絕緣電阻:≥25 MΩ

7 發(fā)展前景和經(jīng)濟(jì)效益

該裝置于2013年11月8日已通過機(jī)械工業(yè)部相關(guān)電磁適應(yīng)性三項(xiàng)檢驗(yàn)，2013年1月至2014年6月，在唐山機(jī)務(wù)段DF7-6030機(jī)車上應(yīng)用試驗(yàn)，效果良好，并經(jīng)北京鐵路局科委組織的專家組評審，一致認(rèn)為符合推廣要求。既可實(shí)現(xiàn)針對不同機(jī)車車型的輸出電壓設(shè)計，如75 V內(nèi)燃機(jī)車、24 V自輪運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)車等，也可幫助解決其車載電源供電問題及老型機(jī)車車載的輸入電源問題，極大減少車載設(shè)備燒損。由于設(shè)有多個輸出端子為機(jī)車無線通信預(yù)留應(yīng)用，還可規(guī)范機(jī)務(wù)電務(wù)對接位置。提高設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化程度和維修效率，減少故障發(fā)生幾率。

該裝置不改變現(xiàn)有的機(jī)車和車載設(shè)備原有結(jié)構(gòu)，故障導(dǎo)向安全。體積小，安裝簡單，易于操作，具有內(nèi)置和外接報警多種選擇。

8 結(jié)束語

車載設(shè)備智能電源穩(wěn)壓報警裝置是基于當(dāng)前車載設(shè)備維修過程中的實(shí)際需求研制的，具有專業(yè)性和針對性，實(shí)現(xiàn)車載電源智能化供電。不但是車載設(shè)備正常安全運(yùn)行的可靠保證，而且也是電務(wù)部門維修技術(shù)走向規(guī)范化的必然，是確保機(jī)車安全裝備即車載設(shè)備安全運(yùn)用重要舉措。必將為車載設(shè)備的安全運(yùn)用做出貢獻(xiàn)。

［1］中華人民共和國鐵道部.TB10007－1999.鐵路信號維護(hù)規(guī)則［S］.2006.

［2］中華人民共和國鐵道部.TB/T 3034－2002.機(jī)車車輛電氣設(shè)備電磁兼容性試驗(yàn)及其限值［S］.2002.