SS4B型电力机车直流电源柜技术改进_吴昊.pdf

电力与电子技术Power&Electronical Technology电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering711 概述SS4B 型电力机车直流电源柜是机车系统中一个重要的模块单元，它除了给机车上的蓄电池充电之外,还给机车提供稳定的直流 110V 工作电源,为机车控制系统提供工作电源。其可靠性关乎机车系统的安全和运用效率。SS4B 电力机车直流电源柜在实际运用中出现许多问题，具体如下所述。（1）许多的关键器件依赖进口，且某些器件已经停产，导致器件价格高，货期长。（2）器件和模块存在发热量大、转换效率低，容易损坏，单一器件故障后导致机车电源柜无法正常工作，造成机破事故。（3）故障后，器件和模块更换时间长，需要停车检修，增加了运维工作量。SS4B 型电力机车直流电源柜技术改进吴昊赵海生刘康宁（国能铁路装备有限责任公司沧州机车车辆维修分公司 河北省沧州市 061113）摘要：本文为了满足 SS4B 型电力机车直流电源柜模块化及维修便捷性要求，设计一种安装接口和电气接口完全兼容的直流电源柜。文章从系统拓扑、设备结构设计、安装等方面，详细阐述了 SS4B 电力机车直流电源柜的改造设计。SS4B 电力机车直流电源柜按照设计方案现场改造后，能够全天后的满足 SS4B 机车运行要求，确保机车各设备运行的能源安全，并为运维部提供方便快捷的故障处理和维修数据依据。关键词：SS4B 型机车；电气接口；直流电源柜；蓄电池图 1：110V 直流电源柜系统拓扑图电力与电子技术Power&Electronical Technology电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering72（4）蓄电池需要频繁的进行检修维护，无法做到智能化状态监测。为解决上述痛点，在不改变原有 SS4B 电力机车直流电源柜安装结构及电气接口的前提下，设计了一套结构及信号接口兼容的 110V 直流电源柜，直接与原 SS4B型电力机车直流电源柜进行整机替换，保证原有功能均可正常使用。本文将对 110V 直流电源柜技术改进设计进行详细阐述。2 110V电源柜系统总体设计SS4B 电力机车直流电源柜是 A/B 双节重联机车，其 110V 直流电源柜主机分别安装在 A/B 节车内，安装结构，电气布局方式完全相同。2.1 110V直流电源柜技术改进系统拓扑说明110V 直流电源柜由 3 个 AC/DC 电源模块、2 个DC/DC 电源模块，1 套蓄电池监测模块，1 个 DC/AC逆变电源模块和 1 个监控模块组成；110V 直流电源柜系统拓扑详见图 1 所示。2.2 110V直流电源柜技术改进柜体及设备安装说明110V 直流电源柜在保证机车安装结构不变的情况下，将原有分立的变压器，滤波器，可控硅及辅助控制板等组成的柜体替换成由 3 个 AC/DC 电源模块、2 个DC/DC 电源模块和 1 个系统监控模块组成，并额外增表 1：110V 直流电源柜总体电气参数项目最小典型最大单位备注110V 主电源输入电压277396520Vac输出 110V/60A（单相 396V 输入）输入过压保护/565AC过压保护电压为 565VAC输入欠压保护270/AC欠压保护电压为 270VAC输出电压0110120Vdc恒流限制输出 60A(最大)辅助电源输入电压77110137.5Vdc/输出电压474849Vdc额定输出电流 3A，过流 4.5A输出电压232425Vdc额定输出电流 3A，过流 4.5A输出电压14.51515.5Vdc额定输出电流 3A，过流 4.5A逆变电源输入电压90110137.5Vdc/输出电压200220240Vac额定输出电流 10A.工作温度范围-40/+70+55 C 到+75 C 输出功率线性下降（整体功率由 100%到 55%）防护等级/IP54表 2：AC/DC 电源模块主要技术参数序号项目最小典型最大单位备注1输出电压0110120Vdc恒流最大输出 30A2输出电流30Adc额定输出 110V 时3输入电压275396520Vac输出 110V/30A（单相 396V 输入）4输入电压300440560Vac输出 110V/30A（三相 440V 输入）5稳压精度11%6工作温度范围-40/+70+55 C 到+75 C 输出功率线性下降（整体功率由 100%到 55%）7纹波/200mV输出 110V/30A8输入过压/565AC过压为 565VAC9输入欠压270/AC欠压为 267VAC10模块间均流/10%/大于 5 个以上的模块均流11通讯方式/CAN 通讯12安装方式/抽屉式（拔插式）安装13防护等级/IP54电力与电子技术Power&Electronical Technology电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering73加 2 套蓄电池监测模块和 1 个 DC/AC 逆变电源模块，进一步的加强 110V 直流电源柜的工作性能。（1）3 个 AC/DC 模 块，2 个 DC/DC 模 块 和 1 个DC/AC 逆变模块统一安装在 110V 电源柜(低柜)处，分上下两层安装。上层安装 3 个 AC/DC 模块和 2 个DC/DC 模块，下层安装 DC/AC 逆变电源模块。（2）1个监控模块安装在110V电源柜（高柜）上层，中层主要是低压配电部分，提供库内充电转换、110V输出电压配电、交流输入输出及对外输出断路器、电器装配组件等。在 110V 直流电源柜（高柜）的最下方提供专供外部接线所使用的接线端子。2.3 110V直流电源柜技术改进总体电气参数说明见表 1。2.4 AC/DC电源模块技术改进电气参数说明通过对 SS4B 电力机车直流电源柜工作原理分析，对 AC/DC 电源模块进行设计改进，改进后的 AC/DC 电源模块将单相 396V 交流电变换为隔离的 110V/30A 直表 3：DC/DC 电源模块主要技术参数序号项目最小典型最大单位备注1输入电压77110137.5Vdc/2输出电压474849Vdc额定输出电流 3A，过流 4.5A3输入电压232425Vdc额定输出电流 3A，过流 4.5A4输入电压300440560Vdc额定输出电流 3A，过流 4.5A5工作温度范围-40/+70+55 C 到+75 C 输出功率线性下降（整体功率由 100%到 55%）6输入过压/150Vdc/7输入欠压70/Vdc/8模块间均流/10%/大于 5 个以上的模块均流9通信方式/CAN 通信10安装方式/抽屉式（拔插式）安装11防护等级/IP54表 4：DC/AC 逆变电源模块主要技术参数序号项目最小典型最大单位备注1输出电压210220230Vac满功率运行2输出频率/50/Hz正弦波3输出电流/10/A额定输出 220VAC 4输入电压90110137.5Vdc输出 220VAC/10A5稳压精度/5/%/6继电器节点通过电流/10A/7环境工作温度-40/+70/8通讯方式/CAN 通讯9安装方式/抽屉式（拔插式）安装10防护等级/IP54表 5：蓄电池监测模块主要技术参数序号项目最小典型最大单位备注1蓄电池电压检测1.402.205.00V/2蓄电池内阻检测0.010.1300m/3蓄电池温度检测-25/80/4电池电压采集模块功耗/100mW进行通讯时，休眠时小于 50mW。5电池电压采集模块功耗/5/%/6继电器节点通过电流/10A/7环境工作温度-40/+70/8通讯方式/RS485 通讯+无线通讯电力与电子技术Power&Electronical Technology电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering74流电，通过 3 个模块的并联、均流的方式扩大系统电源容量。当系统任意一个模块故障后，不会影响其他模块的工作，保证系统稳定性，还可以在带电的情况下更换故障模块。主要技术参数如表 2 所示。2.5 DC/DC电源模块技术改进电气参数说明原 SS4B 电力机车直流电源柜上的 DC/DC 电源模块是通过冷热备份来进行工作，当其中一路出现故障后，需要手动进行开关切换来完成故障模块的退出。通过对DC/DC 电源模块进行设计改进，当模块出现故障或其他异常问题后，可自动退出工作，备用模块自动切换工作。防止其他设备因断电导致执行错误的命令。同时他具有热插拔功能，可以在带电的情况下更换故障模块。主要技术参数如表 3 所示。2.6 DC/AC逆变电源模块技术改进电气参数说明原 SS4B 电力机车电源柜不具备在交流输入断电情况下，提供交流 220V 输出功能，通过对机车使用情况分析，在 110V 电源柜中增加一个 DC/AC 逆变电源，为机车上的生活用电提供交流 220V 工作电源，为方便对模块进行更换，采用拔插式的结构进行设计改进。通过连接器可以快速的更换故障模块。下层安装 DC/AC 逆变电源模块的输出电压为 AC220V，输出功率为2000W，为机车上的生活用电提供工作电源（如：微波炉，电冰箱，烧水壶，手机充电器等设备），主要技术参数如表 4 所示。2.7 蓄电池监测模块技术改进电气参数说明蓄电池作为铁路车辆的必备储能设备，在机车运行中发挥着重要作用，但在实际运行中，会遇到鼓包，亏电，充不了电等诸多问题，严重时，会照成机车无法启动工作。这就需要后勤保障人员不定期的例行检查；而且因安装位置不方便拆卸及电池数量居多等情况，导致工作量巨大。结合原 SS4B 电力机车电源柜不具备蓄电池巡检模块对机车蓄电池使用情况进行分析，因此设计了一套蓄电池巡检模块，实现对蓄电池的单节电池电压、内阻、温度监测，进一步提升动力电池系统能量密度，降低蓄电池使用维护成本。主要技术参数如表 5 所示。2.8 监控模块技术改进说明监控模块是对改进的 110V 直流电源柜上的 AC/DC模块、DC/DC 模块，蓄电池监控模块，DC/AC 逆变电源模块进行监控、管理、数据存储和数据下载等功能。对各模块的各种工作状态、参数和故障进行显示和设定。3 110V直流电源柜技术改进的效果（1）用户可根据需要对蓄电池组进行充电参数设置,其内部的设定的充电程式，保障充电电流和电压稳定,保证了充电质量和充电效率。（2）比普通充电机充电速度快 2 5 倍，他具有充电模式,智能调节充电电流，并设有电池修复及浮充功能，可实现对不同型号电池进行智能充电。不过充、不欠充、可延长电池寿命。（3）充电效率高，比常规充电节能 10%25%。（4）灵活的人机对话功能和人机交互界面，满足实时工作状态显示及各种参数的设置和信息查询功能。4 结语SS4B 型电力机车直流电源柜进行技术改进后，改善了设备充电性能，特别是充电效果显著，比常规充电节能、充电时间缩短、可延长电池寿命、每年节约电费显著等功能；新设计的 110V 直流电源柜，解决其在故障后不方便进行更换，防机破等故障问题，并使 SS4B电力机车安全运行可靠性大幅度提高，提高了工作效率,有利于机车安全运行生产。参考文献1 TB/T-1508-2016 机车电气屏柜技术条件2 TB/T 1395-2011 机车用直流开关电源柜3 GB/T34571-2017 轨道交通 机车车辆布线规则4 GB/T 25119-2021 轨道交通 机车车辆电子装置作者简介吴昊（1996-）,男,河北省沧州市人。大学本科学历,助理工程师。研究方向为电气自动化。赵海生（1979-）,男,山西省太原市人。大学本科学历,工程师。研究方向为机车检修。刘康宁（1996-）,男,河北省保定市人。大学本科学历,助理工程师。研究方向为机车智慧检修。