青藏铁路DC600 V直流发电车电源检测系统研制

潘峥嵘,陈 琛,刘微容,朱 翔

(兰州理工大学 电气工程与信息工程学院,甘肃兰州730050)

由于青藏铁路全线气候条件恶劣,严寒缺氧,因而青藏旅客列车配备制氧、供氧、加热等设备,随着用电量增大,铁路运输部门原有的平原发电车难以胜任新的发电要求,高原铁路发电车应运而生。青藏铁路DC600 V直流发电车(以下简称发电车)是专用于青藏线旅客列车的高原铁路发电车,且是国内目前独有的大功率直流发电车[1],其平面图如图1所示。在长距离的铁路运输过程中,发电车对外供电输出的可靠性和连续性是青藏铁路旅客列车安全运行的首要条件,其运行状况对旅客列车的安全、服务质量起着重要的作用,这就对发电车供电输出及其自身的安全提出更高的要求。青藏铁路发电车在线运行至规定时间后须下线检修,检修后供电输出必须经过地面检测,检测合格后方可重新上线运行。

兰州站作为进(出)藏列车的重要中转站,所有进(出)藏旅客列车均要在兰州站加(解)挂发电车,同时所有解挂的发电车均要定期在兰州站进行检测维修和更换设备配件。由于此前尚无专门用于发电车的电源检测设备,发电车检修后的测试工作单纯依靠人工观测与记录、工作量大且可靠性低,针对上述问题,研制了青藏铁路发电车电源检测系统,以保证发电车的安全运行。

1 系统的工作原理

图1 青藏铁路DC600 V直流发电车平面图

青藏铁路发电车是25T型大轴重高原发电车,由于受自身轴重与车内空间的限制,区别于以往的平原发电车,青藏铁路发电车装备2台大功率交流柴油发电机组,其中柴油机采用QSK45-G6型电喷发动机,发电机采用LSA50.1M7型交流发电机,每台柴油发电机组输出功率725 kW,两台机组不并机使用,经整流分两路输出,在运营区间(兰州—拉萨)可连续输出功率2×725 kW,输出供电制式为两相直流电(DC600 V)[2-4]。发电车柴油发电机组输出三相交流电(AC460 V,50 Hz),经车载配电柜三相全控型晶闸管桥式整流装置整流,对外输出直流供电(DC600 V)。青藏铁路发电车的主要技术参数如表1所示,青藏铁路发电车电源检测系统主要检测发电车对外直流供电输出的可靠稳定与连续性,同时与青藏铁路发电车车载监控仪表建立通信,实时读取车载监控仪表对交流柴油发电机组的各项监控数据,并对其变化趋势记录和分析,进而综合评估发电车的运行状态是否良好。

表1 青藏铁路DC600 V直流发电车主要技术参数

2 系统的硬件设计及构成

青藏铁路发电车电源检测系统主要由水阻负载试验装置和计算机测控系统组成,系统结构如图2所示。由于发电车对外供电是直流输出,在非走行状态下检测其对外供电输出的可靠稳定与连续性,必须通过调整水阻负载试验装置模拟发电车在实际运行中的各种不同负载工况,综合检测发电车的直流供电输出。青藏铁路发电车电源检测内容主要包括整流桥检测、直流供电输出参数检测、负载功率调整检测和交流柴油发电机组工作参数检测等。

水阻负载试验装置由水阻箱、静极板、动极板、水阻溶液、减速机、升降电机、发电车电源进线、进排水系统等组成[5]。青藏铁路发电车下线检修完成后,进行负载调整试验,以两极板之间的水电阻作为负载,模拟发电车的各种工况,检查通过组装后的发电车是否满足原始设计要求,并对其输出特性及有关参数进行调整,以确保发电车的组装正确、输出可靠、运行安全,使其达到最佳运行状态。

计算机测控系统由IPC-610H工控机、显示器等组成,检测系统原理框图如图3所示。电流、电压变送器用带变送输出的电压传感器和电流传感器代替,分别对青藏铁路发电车对外输出的电流值和电压值进行高频采样,直流电压、电流值通过变送输出0～5 V的标准信号,然后由接线端子板ADAM-3968输入到多功能数据采集卡PCI-1710,由工控机进行实时计算、分析和处理,监测。这样做的优点是发电车车载直流电流表、直流电压表显示的值和计算机采集的电流、电压信号相同,并能降低成本,实现发电车与地面试验装置同步监测。同时发电车车载仪表监控柴油发电机组各项工作参数,通过RS-232/RS-485转换器,实现发电车车载仪表与发电车地面电源检测系统的通信连接,实时监控发电车柴油发电机组转速、润滑油压力等。多功能数据采集卡PCI-1710的作用,一是采集模拟量的数据,二是输出开关量,驱动继电器输出板PCLD-885输出控制动作,调整水阻负载试验装置的动极板上下动作,实现发电车输出功率检测的自动控制。最终所有检测结果可以通过打印机实现制表打印。

图3 电源检测系统原理框图

3 系统的软件设计

青藏铁路发电车电源检测系统控制软件采用Visual Basic 6.0语言编写,数据存储采用Access数据库,用户可以设置管理员密码保护原始数据,加密数据文件,使发电车电源检测数据更可靠,还可以根据需要,按车号或试验日期对历史数据进行查询、制表及打印输出,软件流程如图4所示。本检测系统具有Windows操作系统下的人机对话界面,操作人员只需根据试验内容用鼠标点击相应的试验项目按钮,即可进入相应的试验项目界面进行试验。系统自动记录测试数据,可以将测试数据存盘或打印,并可通过Internet与铁路管理部门相连,实现数据远程上传与信息共享,提高了测试的准确性及生产检修工作的质量和效率[6]。

图4 软件流程图

试验时,系统首先进入发电车“整流桥检测”界面,软件要求输入发电车的“被检车号”和“被检柴油发电机机组编号”,以便与后续进行的各个负载调整试验项目自动关联。同时当初次试验时,把待检测发电车额定输出电压、额定电流的相关参数输入以后,点击“保存”,则设定的额定电压、额定电流和额定功率将被保存,下次使用时就会自动关联,不需要再调整和添加。当发电车输出相关参数有变动时,重新点击“负载调整”按钮,即可修改相关参数。

进入“负载调整试验”界面,选择不同的负载试验项目,系统根据预设负载的不同,自动调整水阻负载试验装置中动极板的高度,对发电车进行不同预设负载的输出功率检测,测试发电车在不同负载条件下对外供电输出可靠性。当一个试验项目测试完成后,系统自动停止,记录所有试验数据并结束试验,等待选择新的试验项目,进行新的负载试验。试验期间如果出现故障,系统自动生成报警,可以点击“停止试验”按钮结束当前试验项目。

进入“试验数据查询”界面,可以按“被检车号”、“被检柴油发电机组编号”或“检测日期”进行查询,数据将显示在表格内,并可以制表打印输出。

4 系统的检测试验项目

4.1 发电车整流桥检测

青藏铁路发电车对外输出是直流供电,即车载柴油发电机组输出三相交流经三相全波整流后得到的,因此需要对整流桥的工作状态进行实时监测,并对整流桥桥臂故障进行智能检测分析及故障报警,同时系统还可对整流桥输出历史曲线进行显示、查询、保存和打印,如图5所示。被检发电车整流桥输出的电压波形曲线,正常情况时应为完整的6个波头,且输出电压可调范围为DC560～DC640 V,当整流桥桥臂故障时,系统自动报警提示。

图5 青藏铁路发电车整流桥检测历史图

4.2 发电车负载调整试验及输出参数特性检测

通过地面水阻试验装置模拟发电车的外加负载,是通过调整水阻箱中动极板升降至不同高度,来模拟发电车对外工作时的各种不同负载工况。通过检测发电车在不同负载条件下的输出参数特性,进而综合分析判断发电车对外供电输出的可靠性与连续性。

青藏铁路发电车负载调整试验具有手动控制和自动控制两种相互独立的试验方法。通常可以使用操作简单的自动控制试验,也可采用手动控制试验作为备用试验方法。

青藏铁路发电车负载调整试验具有4个试验项目,分别在25%、50%、75%、100%负载状态下进行单项试验,各次单项试验的试验时间分为两种,分别为运行15、30 min,用户可以根据试验需要自行设定。

青藏铁路发电车输出参数特性检测包括发电车输出直流电压、直流电流、负载功率、纹波电压、纹波因数;发电车柴油发电机冷却水温度、润滑油压力、柴油机转速,发电机输出三相交流电压、三相交流电流、发电机输出功率、频率等,如图 6所示。

图6 青藏铁路发电车电源检测试验记录表

5 结束语

青藏铁路发电车电源检测系统是集水阻负载试验装置、计算机测控系统为一体的新型试验设备,将被测发电车按试验要求连接好车端电力连接器后,操作人员只需操作键盘和鼠标,即可以试验程序在短时间内自动完成发电车的各项性能检测试验。青藏铁路发电车电源检测系统能够对柴油发电机组运行工况和发电车输出状况进行有效监测,实现了青藏铁路发电车地面检测试验由人工监测变为自动监测。测试过程中人工干预少,测试结果准确,系统可靠性高,现已在兰州铁路局兰州车辆段投入使用,使用效果良好,安装、使用、维护方便,试验操作简单,大大提高了检修质量和检修效率,减轻了检修工作者的劳动强度,为青藏铁路发电车安全运行提供了可靠安全的保障。

[1] 张曙光,刘 刚,刘作琪,等.高原铁路发电车:中国,200720103841.0[P].2007-10-10.

[2] 卢衍祥,王万静,王伟华.青藏发电车车体结构设计与分析[J].铁道车辆,2007,45(10):12-15.

[3] 王 卫.KD25T青藏铁路发电车研制[J].铁道机车车辆,2009,29(3):32-34.

[4] 罗 斌.青藏高原DC600 V大功率发电车电气控制系统的优化改进[J].铁道车辆,2009,47(8):14-18.

[5] 王志刚,张宗峰,张洪涛.机车水阻试验台和增压器试验台的开发[J].内燃机车,2003,(1):45-48.

[6] 王晨光.发电车机组运行状态自动监测系统技术研究[J].铁道机车车辆,2007,27(4):22-24.