出口斯里蘭卡內燃動車組電氣系統

周詩林

摘要：介紹了斯里蘭卡交直傳動內燃動車組電氣系統集成控制設計策略及方法，從牽引系統、列車控制和監視系統、輔助供電系統等方面進行了分析，并通過電氣原理設計和試驗驗證，證明其控制邏輯是合理的、安全可靠的。

關鍵詞：內燃動車組;電氣系統;策略;控制邏輯

中圖分類號：U260.49? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2020）21-0079-02

0? 引言

中車青島四方機車車輛股份有限公司于2017年中標斯里蘭卡9列高山線DMU項目，用于斯里蘭卡鐵路高山區域鐵路、低地區域鐵路旅客運輸。

動車組編組形式共兩種，分別為：MCG+2AC+2BC+ECBU+3EC+MCG、MCG+4AC+3BC+ECBU+MCG，其中：MCG為帶司機室的動車，為動車組提供動力及輔助設備用電，AC為空調車，BC為商務車，EC為經濟車，ECBU為帶餐廳的經濟車。可2列重聯運行。

1? 動車組主要技術參數

運行環境溫度? ? ? ? ? ? ? ? 5～45℃

最大運行速度? ? ? ? ? ? ? ? 120km/h

軌距? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 1676mm

通過最小曲線半徑? ? ? ? ? 70m

動車傳動方式? ? ? ? ? ? ? ? 交-直流電傳動（AC-DC）

單臺柴油機裝車功率? ? ? ?1450kW

軸重

MCG（動車）? ? ? ? ? ? ? ? ? ≤19t

拖車? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?≤14t

軸列式? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 動車：Bo-Bo;拖車：2-2

最大起動牽引力? ? ? ? ? ? 2×210kN

2? 電氣系統設計

2.1 牽引系統設計

動車的主傳動是采用交——直流電傳動方式，主要由主發電機、主整流器、接觸器、換向器、工況轉換器、自負荷開關、制動電阻、電流電壓傳感器、牽引電動機等部件組成。牽引系統原理框圖如圖1所示。

牽引工況下，主發電機發出的交流電經三相全波橋式整流后，經主接觸器分別向兩個轉向架上的牽引電機供電，驅動動車組運行。主電路設有換向器可改變牽引電機的勵磁方向，從而控制動車組的前進或后退。

電阻制動工況下，工況轉換開關將牽引電機轉接為他勵發電機方式工作，牽引電機發出的直流電經電阻制動裝置將電能轉變為熱能，通過風扇由空氣進行冷卻，從而實現動車的電阻制動作用。

動車上裝有PLC控制系統，對柴油機——主發電機組的功率進行調控。該系統設有模擬量輸入模塊、勵磁控制板、模擬量輸出模塊、傳感器信號處理模塊、模擬量擴展I/0模塊、頻率輸入模塊、CPU模塊等功能模塊。PLC恒功率控制框圖如圖2所示。

對電傳動的內燃動車而言，對動車運行速度的調節，實際上就是對牽引電動機轉速進行調節，而自動調節的主要任務，就是使牽引電動機在給定的同步主發電機恒功率曲線上運行，盡量擴大動車恒功率的速度范圍，充分利用柴油機功率。

直流牽引電動機的轉速特性，可用下式表示：

式中：nD——牽引電動機轉速（r/min）;UD——牽引電動機端電壓（V）;ID——牽引電動機負載電流（A）;∑R ——牽引電動機內電阻（Ω）;？準D——牽引電動機每極勵磁磁通（Wb）;Ce——電機的電勢常數。

式中：a——電機并聯支路對數;P——電機極對數;N ——電樞導體數。

2.2 列車控制和監視系統

列車控制和監視系統TCMS主要包括：PLC控制系統、人機界面顯示屏TIS、事件記錄器ERM等系統，它是動車組的神經系統和指揮中樞，它可以實現車輛控制系統對各功能模塊的監視、控制與診斷功能，數據存儲功能，同時提供信息顯示和人機交互接口。

動車的PLC控制系統設置通信模塊，通過RS485總線貫穿全列，實現列車級控制及數據交換功能。每個動車配置事件記錄器ERM，通過RS485總線與PLC控制器的通信模塊連接，實現數據的存儲。人機界面顯示屏TIS通過PLC控制器自帶的Q-BUS總線與PLC控制器通信，實現列車數據的顯示以及列車功能的控制。柴油機通過PLC控制器的CANopen模塊實現與PLC得通信。PLC控制器同時具有開關量輸入/輸出功能、模擬量輸入/輸出功能、頻率量輸入功能、溫度檢測功能，可對動車上司機控制器、按鈕、開關、接觸器繼電器、傳感器等進行監視控制。

本項目有兩種編組形式，均是以10輛編組列車為基本配置，頭尾車為動車，中間8輛車為拖車，中間的拖車可以根據需求靈活配置實現不同的編組形式。網絡拓撲圖如圖3所示。

圖3中：TSI：TCMS顯示屏;ECU：柴油機控制單元; ERM：事件記錄器;AM：功放模塊;ERB：勵磁調節模塊;CM：通信模塊;DI：開關量輸入模塊;DO：開關量輸出模塊;AI：模擬量輸入模塊;AO：模擬量輸出模塊;PI：頻率量輸入模塊;TI：溫度輸入模塊;RS485：RS485通信總線; CANopen：開放式控制局域網絡;Q-BUS：PLC控制器自帶總線。

2.3 輔助供電系統設計

動車上裝有直流啟動發電機和直流輔助發電機。當柴油機啟動時，直流啟動發電機作為一個串聯勵磁電機而工作，由蓄電池供電，來驅動柴油機。一旦柴油機被啟動完畢，該發電機就又會作為獨立的他勵發電機工作，向動車控制系統、照明電路、空氣壓縮機電機、空調裝置等提供DC110V電源，并向蓄電池組進行充電;而直流輔助發電機則在柴油機被啟動完畢后，作為他勵發電機工作，為拖車的照明、電扇等提供DC110V的電源。

3? 技術特點

動車電氣系統具有如下特點：①采用無刷勵磁主發電機，無電刷，提高主傳動系統可靠性，減少了主發電機維修工作量;②設置列車完整性檢查功能，通過64芯電力連接器，檢測線路貫穿全列。在動車上客室供電電路上設置可控斷路器。若任何兩輛車之間的64芯電力連接器過橋線意外斷開，TCMS系統將在人機界面顯示屏上報警通知司機，同時控制客室供電斷路器動作自動切斷電源;③整車采用微機（PLC可編程控制器）控制系統，代替通過繼電器之間正連鎖或反連鎖的觸點實現動車的邏輯控制和微機恒功勵磁控制組合的傳統方案，提高了動車控制系統的可靠性。控制系統具有數據顯示、故障診斷、檢測、記錄等功能，便于用戶對故障做出正確判斷和應急處理;并可實現輔助功率的轉移控制;④同步主發電機、直流起動發電機、輔助直流發電機的勵磁均采用微機系統控制工作，模塊化、互換性強，便于維修。

4? 結束語

出口斯里蘭卡內燃動車組電氣系統設計已經通過設計驗證，首列車已于2019年投入運營，運營狀況良好，各項性能參數完全達到并優于設計要求，得到用戶好評。

參考文獻：

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[2]劉毅.內燃動車組動力傳動控制技術[J].內燃機車，2009（10）：20-23.

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