出口斯里兰卡内燃动车组电气系统

周诗林

摘要：介绍了斯里兰卡交直传动内燃动车组电气系统集成控制设计策略及方法，从牵引系统、列车控制和监视系统、辅助供电系统等方面进行了分析，并通过电气原理设计和试验验证，证明其控制逻辑是合理的、安全可靠的。

关键词：内燃动车组;电气系统;策略;控制逻辑

中图分类号：U260.49                                    文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2020）21-0079-02

0  引言

中车青岛四方机车车辆股份有限公司于2017年中标斯里兰卡9列高山线DMU项目，用于斯里兰卡铁路高山区域铁路、低地区域铁路旅客运输。

动车组编组形式共两种，分别为：MCG+2AC+2BC+ECBU+3EC+MCG、MCG+4AC+3BC+ECBU+MCG，其中：MCG为带司机室的动车，为动车组提供动力及辅助设备用电，AC为空调车，BC为商务车，EC为经济车，ECBU为带餐厅的经济车。可2列重联运行。

1  动车组主要技术参数

运行环境温度                5～45℃

最大运行速度                120km/h

轨距                            1676mm

通过最小曲线半径          70m

动车传动方式                交-直流电传动（AC-DC）

单台柴油机装车功率       1450kW

轴重

MCG（动车）                  ≤19t

拖车                           ≤14t

軸列式                        动车：Bo-Bo;拖车：2-2

最大起动牵引力            2×210kN

2  电气系统设计

2.1 牵引系统设计

动车的主传动是采用交——直流电传动方式，主要由主发电机、主整流器、接触器、换向器、工况转换器、自负荷开关、制动电阻、电流电压传感器、牵引电动机等部件组成。牵引系统原理框图如图1所示。

牵引工况下，主发电机发出的交流电经三相全波桥式整流后，经主接触器分别向两个转向架上的牵引电机供电，驱动动车组运行。主电路设有换向器可改变牵引电机的励磁方向，从而控制动车组的前进或后退。

电阻制动工况下，工况转换开关将牵引电机转接为他励发电机方式工作，牵引电机发出的直流电经电阻制动装置将电能转变为热能，通过风扇由空气进行冷却，从而实现动车的电阻制动作用。

动车上装有PLC控制系统，对柴油机——主发电机组的功率进行调控。该系统设有模拟量输入模块、励磁控制板、模拟量输出模块、传感器信号处理模块、模拟量扩展I/0模块、频率输入模块、CPU模块等功能模块。PLC恒功率控制框图如图2所示。

对电传动的内燃动车而言，对动车运行速度的调节，实际上就是对牵引电动机转速进行调节，而自动调节的主要任务，就是使牵引电动机在给定的同步主发电机恒功率曲线上运行，尽量扩大动车恒功率的速度范围，充分利用柴油机功率。

直流牵引电动机的转速特性，可用下式表示：

式中：nD——牵引电动机转速（r/min）;UD——牵引电动机端电压（V）;ID——牵引电动机负载电流（A）;∑R ——牵引电动机内电阻（Ω）;？准D——牵引电动机每极励磁磁通（Wb）;Ce——电机的电势常数。

式中：a——电机并联支路对数;P——电机极对数;N ——电枢导体数。

2.2 列车控制和监视系统

列车控制和监视系统TCMS主要包括：PLC控制系统、人机界面显示屏TIS、事件记录器ERM等系统，它是动车组的神经系统和指挥中枢，它可以实现车辆控制系统对各功能模块的监视、控制与诊断功能，数据存储功能，同时提供信息显示和人机交互接口。

动车的PLC控制系统设置通信模块，通过RS485总线贯穿全列，实现列车级控制及数据交换功能。每个动车配置事件记录器ERM，通过RS485总线与PLC控制器的通信模块连接，实现数据的存储。人机界面显示屏TIS通过PLC控制器自带的Q-BUS总线与PLC控制器通信，实现列车数据的显示以及列车功能的控制。柴油机通过PLC控制器的CANopen模块实现与PLC得通信。PLC控制器同时具有开关量输入/输出功能、模拟量输入/输出功能、频率量输入功能、温度检测功能，可对动车上司机控制器、按钮、开关、接触器继电器、传感器等进行监视控制。

本项目有两种编组形式，均是以10辆编组列车为基本配置，头尾车为动车，中间8辆车为拖车，中间的拖车可以根据需求灵活配置实现不同的编组形式。网络拓扑图如图3所示。

图3中：TSI：TCMS显示屏;ECU：柴油机控制单元; ERM：事件记录器;AM：功放模块;ERB：励磁调节模块;CM：通信模块;DI：开关量输入模块;DO：开关量输出模块;AI：模拟量输入模块;AO：模拟量输出模块;PI：频率量输入模块;TI：温度输入模块;RS485：RS485通信总线; CANopen：开放式控制局域网络;Q-BUS：PLC控制器自带总线。

2.3 辅助供电系统设计

动车上装有直流启动发电机和直流辅助发电机。当柴油机启动时，直流启动发电机作为一个串联励磁电机而工作，由蓄电池供电，来驱动柴油机。一旦柴油机被启动完毕，该发电机就又会作为独立的他励发电机工作，向动车控制系统、照明电路、空气压缩机电机、空调装置等提供DC110V电源，并向蓄电池组进行充电;而直流辅助发电机则在柴油机被启动完毕后，作为他励发电机工作，为拖车的照明、电扇等提供DC110V的电源。

3  技术特点

动车电气系统具有如下特点：①采用无刷励磁主发電机，无电刷，提高主传动系统可靠性，减少了主发电机维修工作量;②设置列车完整性检查功能，通过64芯电力连接器，检测线路贯穿全列。在动车上客室供电电路上设置可控断路器。若任何两辆车之间的64芯电力连接器过桥线意外断开，TCMS系统将在人机界面显示屏上报警通知司机，同时控制客室供电断路器动作自动切断电源;③整车采用微机（PLC可编程控制器）控制系统，代替通过继电器之间正连锁或反连锁的触点实现动车的逻辑控制和微机恒功励磁控制组合的传统方案，提高了动车控制系统的可靠性。控制系统具有数据显示、故障诊断、检测、记录等功能，便于用户对故障做出正确判断和应急处理;并可实现辅助功率的转移控制;④同步主发电机、直流起动发电机、辅助直流发电机的励磁均采用微机系统控制工作，模块化、互换性强，便于维修。

4  结束语

出口斯里兰卡内燃动车组电气系统设计已经通过设计验证，首列车已于2019年投入运营，运营状况良好，各项性能参数完全达到并优于设计要求，得到用户好评。

参考文献：

[1]胡汉春.机车电传动与控制[M].北京：中国铁道出版社，2012.

[2]刘毅.内燃动车组动力传动控制技术[J].内燃机车，2009（10）：20-23.

[3]李长久.PLC原理及应用[M].机械工业出版社，2010.