青藏鐵路DC600 V直流發(fā)電車電源檢測系統(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)運而生。青藏鐵路DC600 V直流發(fā)電車(以下簡稱發(fā)電車)是專用于青藏線旅客列車的高原鐵路發(fā)電車,且是國內(nèi)目前獨有的大功率直流發(fā)電車[1],其平面圖如圖1所示。在長距離的鐵路運輸過程中,發(fā)電車對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行的首要條件,其運行狀況對旅客列車的安全、服務(wù)質(zhì)量起著重要的作用,這就對發(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)電車在線運行至規(guī)定時間后須下線檢修,檢修后供電輸出必須經(jīng)過地面檢測,檢測合格后方可重新上線運行。

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,同時所有解掛的發(fā)電車均要定期在蘭州站進(jìn)行檢測維修和更換設(shè)備配件。由于此前尚無專門用于發(fā)電車的電源檢測設(shè)備,發(fā)電車檢修后的測試工作單純依靠人工觀測與記錄、工作量大且可靠性低,針對上述問題,研制了青藏鐵路發(fā)電車電源檢測系統(tǒng),以保證發(fā)電車的安全運行。

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)動機(jī),發(fā)電機(jī)采用LSA50.1M7型交流發(fā)電機(jī),每臺柴油發(fā)電機(jī)組輸出功率725 kW,兩臺機(jī)組不并機(jī)使用,經(jīng)整流分兩路輸出,在運營區(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)電車電源檢測系統(tǒng)主要檢測發(fā)電車對外直流供電輸出的可靠穩(wěn)定與連續(xù)性,同時與青藏鐵路發(fā)電車車載監(jiān)控儀表建立通信,實時讀取車載監(jiān)控儀表對交流柴油發(fā)電機(jī)組的各項監(jiān)控數(shù)據(jù),并對其變化趨勢記錄和分析,進(jìn)而綜合評估發(fā)電車的運行狀態(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)計及構(gòu)成

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

水阻負(fù)載試驗裝置由水阻箱、靜極板、動極板、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,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,檢查通過組裝后的發(fā)電車是否滿足原始設(shè)計要求,并對其輸出特性及有關(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、運行安全,使其達(dá)到最佳運行狀態(tài)。

計算機(jī)測控系統(tǒng)由IPC-610H工控機(jī)、顯示器等組成,檢測系統(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,分別對青藏鐵路發(fā)電車對外輸出的電流值和電壓值進(jìn)行高頻采樣,直流電壓、電流值通過變送輸出0～5 V的標(biāo)準(zhǔn)信號,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)行實時計算、分析和處理,監(jiān)測。這樣做的優(yōu)點是發(fā)電車車載直流電流表、直流電壓表顯示的值和計算機(jī)采集的電流、電壓信號相同,并能降低成本,實現(xiàn)發(fā)電車與地面試驗裝置同步監(jiān)測。同時發(fā)電車車載儀表監(jiān)控柴油發(fā)電機(jī)組各項工作參數(shù),通過RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換器,實現(xiàn)發(fā)電車車載儀表與發(fā)電車地面電源檢測系統(tǒng)的通信連接,實時監(jiān)控發(fā)電車柴油發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速、潤滑油壓力等。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),二是輸出開關(guān)量,驅(qū)動繼電器輸出板PCLD-885輸出控制動作,調(diào)整水阻負(fù)載試驗裝置的動極板上下動作,實現(xiàn)發(fā)電車輸出功率檢測的自動控制。最終所有檢測結(jié)果可以通過打印機(jī)實現(xiàn)制表打印。

圖3 電源檢測系統(tǒng)原理框圖

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計

青藏鐵路發(fā)電車電源檢測系統(tǒng)控制軟件采用Visual Basic 6.0語言編寫,數(shù)據(jù)存儲采用Access數(shù)據(jù)庫,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)電車電源檢測數(shù)據(jù)更可靠,還可以根據(jù)需要,按車號或試驗日期對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、制表及打印輸出,軟件流程如圖4所示。本檢測系統(tǒng)具有Windows操作系統(tǒng)下的人機(jī)對話界面,操作人員只需根據(jù)試驗內(nèi)容用鼠標(biāo)點擊相應(yīng)的試驗項目按鈕,即可進(jìn)入相應(yīng)的試驗項目界面進(jìn)行試驗。系統(tǒng)自動記錄測試數(shù)據(jù),可以將測試數(shù)據(jù)存盤或打印,并可通過Internet與鐵路管理部門相連,實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程上傳與信息共享,提高了測試的準(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

試驗時,系統(tǒng)首先進(jìn)入發(fā)電車“整流橋檢測”界面,軟件要求輸入發(fā)電車的“被檢車號”和“被檢柴油發(fā)電機(jī)機(jī)組編號”,以便與后續(xù)進(jìn)行的各個負(fù)載調(diào)整試驗項目自動關(guān)聯(lián)。同時當(dāng)初次試驗時,把待檢測發(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,下次使用時就會自動關(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)有變動時,重新點擊“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”界面,選擇不同的負(fù)載試驗項目,系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)負(fù)載的不同,自動調(diào)整水阻負(fù)載試驗裝置中動極板的高度,對發(fā)電車進(jìn)行不同預(yù)設(shè)負(fù)載的輸出功率檢測,測試發(fā)電車在不同負(fù)載條件下對外供電輸出可靠性。當(dāng)一個試驗項目測試完成后,系統(tǒng)自動停止,記錄所有試驗數(shù)據(jù)并結(jié)束試驗,等待選擇新的試驗項目,進(jìn)行新的負(fù)載試驗。試驗期間如果出現(xiàn)故障,系統(tǒng)自動生成報警,可以點擊“停止試驗”按鈕結(jié)束當(dāng)前試驗項目。

進(jìn)入“試驗數(shù)據(jù)查詢”界面,可以按“被檢車號”、“被檢柴油發(fā)電機(jī)組編號”或“檢測日期”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)的檢測試驗項目

4.1 發(fā)電車整流橋檢測

青藏鐵路發(fā)電車對外輸出是直流供電,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,因此需要對整流橋的工作狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)測,并對整流橋橋臂故障進(jìn)行智能檢測分析及故障報警,同時系統(tǒng)還可對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,正常情況時應(yīng)為完整的6個波頭,且輸出電壓可調(diào)范圍為DC560～DC640 V,當(dāng)整流橋橋臂故障時,系統(tǒng)自動報警提示。

圖5 青藏鐵路發(fā)電車整流橋檢測歷史圖

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

通過地面水阻試驗裝置模擬發(fā)電車的外加負(fù)載,是通過調(diào)整水阻箱中動極板升降至不同高度,來模擬發(fā)電車對外工作時的各種不同負(fù)載工況。通過檢測發(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)整試驗具有手動控制和自動控制兩種相互獨立的試驗方法。通?？梢允褂貌僮骱唵蔚淖詣涌刂圃囼?也可采用手動控制試驗作為備用試驗方法。

青藏鐵路發(fā)電車負(fù)載調(diào)整試驗具有4個試驗項目,分別在25%、50%、75%、100%負(fù)載狀態(tài)下進(jìn)行單項試驗,各次單項試驗的試驗時間分為兩種,分別為運行15、30 min,用戶可以根據(jù)試驗需要自行設(shè)定。

青藏鐵路發(fā)電車輸出參數(shù)特性檢測包括發(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)電車電源檢測試驗記錄表

5 結(jié)束語

青藏鐵路發(fā)電車電源檢測系統(tǒng)是集水阻負(fù)載試驗裝置、計算機(jī)測控系統(tǒng)為一體的新型試驗設(shè)備,將被測發(fā)電車按試驗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),即可以試驗程序在短時間內(nèi)自動完成發(fā)電車的各項性能檢測試驗。青藏鐵路發(fā)電車電源檢測系統(tǒng)能夠?qū)Σ裼桶l(fā)電機(jī)組運行工況和發(fā)電車輸出狀況進(jìn)行有效監(jiān)測,實現(xiàn)了青藏鐵路發(fā)電車地面檢測試驗由人工監(jiān)測變?yōu)樽詣颖O(jiān)測。測試過程中人工干預(yù)少,測試結(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,試驗操作簡單,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強(qiáng)度,為青藏鐵路發(fā)電車安全運行提供了可靠安全的保障。

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