高可靠性的双能源机车控制电源系统优化设计

摘 要文章以提高双能源机车控制电源可靠性为例，分析改进后的电源系统性价比、可靠性大大提高，并具有极大地可推广性应用于其他110V系统。

【关键词】机车 控制电源 可靠性 性价比

1 前言

随着城市轨道交通发展，内燃机车对空气污染、环境有害、噪声高、振动大，随着绿色环保意识不断提升，研究新能源机车有着重要的现实意义。

2 双能源机车电气系统构成

双能源机车以车载蓄电池和接触网供电；在接触网有电时，机车依靠外部电能驱动，同时给车载蓄电池充电；在接触网无电或运行在非电化区段时，依靠车载蓄电池电能驱动机车。

特别是双能源机车应用在救援、维护作为调度车，其可靠性设计必须予以特别重视。

双能源机车电气系统主要由牵引系统、辅助系统、主控制器系统、网络系统及牵引蓄电池管理系统部分组成。

该系统可获取电网或蓄电池两种电源，经变换后给牵引电机及车上辅助设备供电。

主控制系统是整个电气控制系统的大脑和中心，在接收来自司控台的命令后，主控制器通过MVB通讯及I/O等方式对主变流柜、辅助变流柜、蓄电池及高速断路器等进行控制，实现对整车智能控制，并将各设备实时状态反馈到司控台的显示屏上。因此，保证主控制器的可靠工作就是提高双能源机车可靠性的关键，具体就是保证主控制器的电源供应稳定性。下面，我们详细分析机车控制电源系统。

目前轨道交通线上机车、车辆采用控制电压都是110VDC，包括绿色环保的电力-蓄电池双能源机车，并配置相应电压，容量至少为100 AH以上，庞大、昂贵的Ni-Cd蓄电池组，价格超过10万（RMB），而且还有相对应功率的110V充电机（由高压主电源变换、隔离成充电电源对110V蓄电池充电，组件12），110V通过DC/DC变换成24V（组件13），供应给机车控制系统。但是，如果110V控制蓄电池故障或者组件13故障，24V电压就无法产生，也就没有24V的MCU（Micro-Computer Unit）控制电压，就算电网此时有电，因为系统死机，机车也无法充电或者由架线网供电行走，产生机破故障，只能等待救援。

如图1。

故障分析：

（1）组件13故障，没有24V电压，MCU不工作，机车不能行走。

（2）组件12故障，没有110V充电电压，但是110V蓄电池有电，24V有电，系统工作，机车正常工作。

为了克服现有车辆控制系统不足，我们提出了一种不用110V而采用24V蓄电池机车车辆电气系统。

如图2。

组件12改成DC/DC，取消110V蓄电池，组件13为双向DC/DC，增加24V蓄电池。

故障分析：

（1）同样发生组件13故障，没有24V充电电压，但是蓄电池24V有电并供给MCU，系统正常工作，机车正常行走。

（2）同样发生组件12故障，没有110V电压输出，MCU检测到没有110V电压，自动将组件13由降压型转变为升压型，即由输入110V输出24V变成输入24V输出110V，则保证110V电压正常。机车正常行走。

而且110V蓄电池由4节24V蓄电池串联而成，其总可靠性远远小于一节蓄电池的可靠性。

所以，从上几个方面分析可知，控制蓄电池改成24V比110V系统可靠性大大增加。

而且，成本也大大降低：

110V蓄电池系统大概价格为：

大功率110V充电器：8万

110V镍镉蓄电池：10万

110/24 DC/DC：3万

共计：21万

24V蓄电池系统大概价格为：

DC/DC110V ： 3万

24V镍镉蓄电池： 2万

110V/24V DC/DC： 4万

共计：9万

3 结语

由此可见，采用24V蓄电池系统比110V蓄电池系统节约成本高达57%。而且体积减小很多。

该控制蓄电池电源的改进不仅提高控制电源的可靠性，而且大幅度降低了成本，并减小安装体积。该改进不但适用双能源电力机车，而且适用其他采用110V的各种机车控制蓄电池电源。

参考文献

[1]黄济荣.电力牵引交流传动与控制[M].北京：机械工业出版社，1998.

[2]樊运新，叶彪.国产DWA型地铁工程维护车[J].电力机车技术，2000（04）.

[3]秦鸣峰.蓄电池的使用与维护[M].北京：化学工业出版社，2009.

作者简介

张立江，1983年毕业于上海铁道大学机车电传动专业。现为江苏今创车辆有限公司高级工程师，从事机车电力传动和控制设计研发工作。

作者单位

江苏今创车辆有限公司 江苏省常州市 213000