和谐机车电气线路分析

随着我国电气化铁路及电力机车技术的迅速发展,电力机车在产品的结构、质量、形式方面都有了很大的改进和提高,专业的对口,作为司乘人员,在铁路机务部门工作,必须熟悉和掌握电力机车控制电路的基本工作原理,和通过系统的分析和设计来提高自己的专业素质。

  引言

  HXD3C型电力机车是在HXD3型电力机车设计制造技术平台的基础上,借鉴了HXD3B型电力机车的成熟技术,开发研制而成的交流传动客货运通用电力机车。机车牵引系统采用交—直—交流电传动、水冷IGBT牵引逆变器、变频异步牵引电动机、分布式网络控制系统,单轴功率1200千瓦,额定总功率为7200千瓦,最高运行速度为120公里/小时;为满足牵引直供电旅客列车的需要,HXD3C型电力机车采用了增加供电绕组的主变压器,并设置了列车供电柜、供电插座、客货转换开关、双管供风装置等,使机车具有向旅客列车提供风源及600伏直流电电源的功能。该机车通过更换增加供电绕组的主变压器,增加列车供电柜、供电插座、客货转换开关、双管供风装置等,使机车具有牵引旅客列车的功能,并可以向旅客列车提供风源及稳定的DC600V电源,与25G型客车良好匹配。
  机车采用PWM矢量控制技术等最新技术的同时,尽量考虑对环境的保护,减少维修工作量。另外,以能够在中国全境范围内运行为前提,在满足环境温度在-40℃~+40℃,海拔高度在2500m以下的条件的同时,最大考虑到3组机车重联控制运行。
  这款机车是“和谐型”交流传动电力机车系列中,首款适用于客货运的两用车型,由中国北车集团大连机车进行研发及生产,其产品技术借鉴了先前制造的HXD3型(日本东芝)和HXD3B型(德国庞巴迪)机车,和谐电3C机车包括:HXD3C快速型、HXD3C准高速型、HXD3C普通货运型、HXD3C。

  第一章主电路

  HXD3C型电力机车的电气线路主要由主电路、辅助电路、DC600V列车供电电路、控制电路、制动系统控制电路和机车安全监控电路组成。
  机车主电路主要由网侧电路、主变压器、主变流器及牵引电动机等组成。

  1.1网侧电路

  网侧电路由受电弓PG1、PG2、高压隔离开关QS1、QS2、高压电流互感器TA1、低压电流互感器TA2、高压电压互感器TV1、主断路器MCB、高压接地开关QS10、避雷器F1、F2、F3、原边过流继电器KC1、智能型电度表PWH、主变压器原边绕组AX及接地装置EB1~6等组成。
  接触网电流通过受电弓PG1或PG2进入机车,经25kV高压电缆进入车内并经高压柜内的高压隔离开关QS1或QS2和主断路器的主触点QF1相连,并穿过高压电流互感器TA1与主变压器TM1的原边绕组A端子相连,经过主变压器原边绕组,从X端子流出,再穿过低压电流互感器TA2后,通过6个并联的接地装置EB1~EB6,经轮对回流至钢轨。
  两架受电弓和两台车顶避雷器位于车顶上部,六个接地装置EB1~6安装于车轴端部,其余的网侧高压电器均装于车内高压柜中,从而可以避免高压电器由于雨雪、风沙、粉尘等侵蚀、污染而引起的闪络击穿,降低维修成本,提高机车的可靠性。
  1.1.1受电弓PG1、PG2
  采用两架适用于200km/h以下的单臂受电弓,受电弓的控制上设置了受电弓升/降扳键开关。
  1.1.2高压隔离开关QS1、QS2
  采用两台电空控制方式的高压隔离开关。当高压隔离开关处于隔离位时,动触头端自动接地,确保故障端受电弓可靠接地,同时保证高压柜内部安全可靠。可通过控制电器柜上的隔离开关SA96,将其打至对应隔离位,通过TCMS发出指令来控制相应的电空阀,实现高压隔离开关的开闭操作,以切除故障的受电弓,同时使用另一架受电弓维持机车正常运行,降低机破率,提高机车运用可靠性。
  1.1.3主断路器QF1
  主断路器采用真空断路器。该断路器除接通和开断机车的总电源外,当机车发生原边过流、主辅变流器故障或司机按下紧急按钮时,主断路器QF1迅速断开,起机车最后一级保护作用。
  1.1.4原边电压互感器TV1
  采用干式高压电压互感器,其次边输出通过保护用的自动开关QA1,分别送到主变流器UM1和主变流器UM2的控制单元,作为主变流器控制的同步信号使用,还可为原边电压的检测和电度表的计量提供电压输入,其变25000V/100V。
  1.1.5避雷器F1、F2和F3
  避雷器F1和F2属于车顶避雷器,型号为YH10WT-42/105D,分别并联于受电弓和高压隔离开关之间,可以抑制机车外部的雷击过电压和电网过电压,保护车顶和车内的高压电器。避雷器F3属于车内避雷器,型号为YH10WT-43/108BN,并联于主断路器和高压原边电流传感器之间,它主要抑制主断路器开.时.生的操作过.压,避免对机车内部的控制电器产生过电压侵害。
  车顶避雷器F1、F2的持续额定工作电压低于车内避雷器F3的持续额定工作电压,从而确保机车外部的雷击过电压和电网过电压在车顶上就被抑制,避免进入车内造成危害。
  1.1.6高压电流互感器TA1
  高压电流互感器TA1主要用作短路电流的检测,是保护用互感器,用以驱动过电流继电器KC1动作,因而对其饱和度有较高要求,对其检测精度要求比测量用互感器低。
  1.1.7低压电流互感器TA2
  低压电流互感器TA2是为电度表的计量提供电流输入,为机车微机控制系统提供原边电流信号,用于原边电流显示,属于测量用互感器,要求有较高的测量精度。
  1.1.8高压接地开关QS3
  高压接地开关与主断路器集成在一起,具有高压电路接地保护功能,并集成于机车高压安全联锁系统中,它只能在降弓并且切断受电弓气源之后才能操作。
  高压接地开关与机车钥匙箱联锁控制,可以实现机车的高压安全互锁。高压接地开关上配有一个蓝色锁芯、一个黄色锁芯和一个黄色钥匙。当升弓气路阀关闭时,蓝色钥匙(位于空气管路柜内)才能拔出,待其插入到高压接地开关后,高压接地开关才可以打至接地位,此时主断路器的两端及高压隔离开关通过高压接地开关与车体地相连;高压接地开关上的黄色钥匙只有当接地开关打至接地位时才能拔出,并插入到机车钥匙箱,使钥匙箱上的其他钥匙解除联锁,从而确保只有在网侧回路完全接地的情况下才可打开机车的其他电器柜门,实现高压安全互锁。反之亦然,只有当所有柜门关闭上锁,钥匙全部插入机车钥匙箱,黄色钥匙才可拔出,插入到高压接地开关上,高压接地开关才可打至正常运行位,此时蓝色钥匙才可拔出,并插入升弓气路阀,开启升弓气路。
  1.1.9电度表PWH
  机车装有一块电度表,通过采集原边高压电压互感器TV1和原边低压电流互感器TA2提供的电压和电流信号来实现机车牵引、再生电能的计量。电度表设有屏显窗口和切换按钮,通过按钮切换,可以显示正、反向有功计量以及电压和电流值。
  1.1.10接地装置EB1~EB6
  接地装置保证网侧回路向钢轨的回流及机车可靠的接地性能,同时保护机车轮对轴承不受电蚀。
  1.2主变压器
  机车采用轴向分裂、心式卧放、下悬式安装的一体化多绕组变压器,具有高阻抗、重量轻等特点;采用了真空注油、强迫风冷、氮气密封等特殊的工艺措施,延长变压器的绝缘寿命。
  主变压器的6个1450V牵引绕组分别用于两套主变流器的供电,2个399V辅助绕组分别用于辅助变流器的供电,2个860V供电绕组分别用于DC600V列车供电柜的供电(仅客运方案)。
  主变压器内还设有温度继电器、压力释放阀、油流继电器等,完成对主变压器的温度、过压等保护。主变压器的主要技术参数见表

  1.3主变流器和牵引电机电路

  机车采用两组主变流器UM1、UM2,分别由主变压器的牵引绕组(a1-x1)~(a6-x6)供电,主变流器再分别给牵引电动机M1、M2、M3和M4、M5、M6供电。
  主变流器UM1内部可以看成由3个独立的“整流—中间电路—逆变”环节(称为牵引变流器)构成。每组牵引变流器分别有2个接触器、1个输入电流互感器、1个充电电阻、1个四象限整流器、中间电路、1个PWM逆变器、2个输出电流互感器等组成。
  机车6组牵引变流器的主电路和控制电路相对独立,分别为6个牵引电动机提供交流变频电源。当其中一组或几组发生故障时,可通过TCMS微机显示屏,利用触摸开关将故障的牵引变流器切除,剩余单元仍可继续工作,实现整车的冗余控制。
  1.3.1四象限整流器
  1.3.1.1
  四象限整流器是一个脉宽调制变流器,它将电源的交流电压,通过脉冲宽度控制,控制中间直流电压的幅值和流入变流器的交流电流相位,使交流电流的波形尽量接近正弦,使得交流侧的基波电压和基波电流的相位差接近于0,这样既限制了谐波电流分量,又提高了机车功率因数。因此与相控整流器比较,四象限整流器有很高的功率因数,谐波电流含量也小得多。
  对HXD3C型电力机车,6组四象限整流器的调制波相位是一致的,但载波的相位不一致,依次相差30°,从而达到消除谐波的目的,通过这样做还可以保证等效干扰电流Jp≤2.5A。
  1.3.1.2四象限整流器参数如下:
  额定输入电压:1450VAC
  输入频率:50Hz
  额定输入电流:965A
  额定输入容量:1280kVA
  中间电压:2800V
  1.3.2中间直流环节
  中间直流环节是四象限整流器和PWM逆变器之间的中间环节。中间直流电路主要由中间电压支撑电容、瞬时过电压限制电路和主接地保护电路组成。该车中间直流电路与欧洲和国内以往的交流传动电力机车不同,取消了二次滤波电路,它是通过逆变器的软件控制,来消除二次谐波电压的影响,大幅度抑制牵引电机电流脉动现象和转矩脉动现象。
  瞬时过电压限制电路由IGBT和限流电阻组成。
  主接地保护电路由跨接在中间回路的两个串联电容和一个接地信号传感器组成。每台主变流器含有三套独立的接地保护电路,可以分别对3组牵引变流器进行接地监测和保护。接地检测信息送至TCMS,可以实现故障显示。
  1.3.3 PWM逆变器
  PWM逆变器由中间直流环节供电,输出三相变压变频(VVVF)电源供给牵引电机。
  根据控制指令,PWM逆变器能够平稳快速的从牵引工况转换到制动工况,反之亦然。制动工况下,再生能量反馈到接触网(再生制动)。这些过程都由变流器控制单元来实现,机车的六个PWM逆变器分别向六台牵引电机供电。PWM逆变器采用了最新的控制策略,从而使在整个速度范围内力矩的波动最小,并且在轨面状态不好的情况下获得最大限度的粘着利用。由于整车采用轴控方式,当整台机车的六个轴的轮径差、轴重转移及空转等可能引起的负载分配不均匀时,均可以通过PWM逆变器的控制进行适当的补偿,以实现最大限度地发挥机车牵引力。
  PWM逆变器参数如下:
  额定输入电压2800V
  额定输出电压2150V
  额定输出电流390A
  最大输出电流520A
  输出频率0~120Hz
  牵引电动机的主要技术参数:
  额定输出功率1250kW
  额定电压2150V
  额定电流390A
  极数4
  额定转速1365rpm
  最高转速3195rpm
  效率0.95
  HXD3C型交流传动货运电力机车的牵引逆变器是由IGBT元件组成的PWM逆变单元,
  整车的6个牵引逆变器分别向6台牵引电动机供电。由于牵引逆变器采用矢量控制模式,使异步牵引电动机具有快速反应的动态性能,实现了机车每个牵引电动机的独立控制。由于整车采用轴控方式,当整台机车的6个轴的轮径差、轴重转移及空转等可能引起的负载分配不均匀时,均可以通过牵引变流器的控制进行适当的补偿,以实现最大限度地发挥机车牵引力。

  1.4保护电路

  1.4.1主变压器牵引绕组过流保护
  在每组牵引变流器的输入回路中,设有1个输入电流互感器ACCT,起控制和监视变流器充电电流及牵引绕组短路电流的作用,其动作保护值为1960A。保护发生时,四象限脉冲整流器和逆变器的门极均被封锁,输入回路中的工作接触器断开,同时向微机控制系统发出跳主断信号,通过复位开关可进行恢复。若这种故障在3分钟内连续发生两次,故障将被锁定,必须切断CI控制电源,才能恢复正常。
  1.4.2主接地保护电路
  电路构成如上所述。主牵引回路正常时,由于只有1点接地,接地保护电路中流过的电流为零,接地信号检测传感器无信号输出。
  当主电路某一点接地时则形成回路,接地检测回路有故障电流流过,传感器输出电流
  信号,使保护装置动作,其动作保护值为10A。保护发生时,四象限脉冲整流器和逆变器的门极均被封锁,输入回路中的工作接触器断开,同时向微机控制系统发出跳主断信号。
  此时司机可将故障支路的变流器切除,机车还剩5/6的牵引动力,继续维持机车运行,回段后再作处理。若确认只有一点接地,也可将控制电器柜上对应的接地开关打至“中立位”,继续维持机车运行,回段后再作处理。
  1.4.3牵引电动机过流保护
  在每组牵引变流器的输出回路中,设有输出电流互感器CTU、CTW,对牵引电机过载及牵引电机三相不平衡起控制和监视保护作用。牵引电机过载保护的动作值为1400A。当保护发生时,四象限脉冲整流器和逆变器的门极均被封锁,输入回路中的工作接触器断开,同时主变流器控制单元向微机柜TCMS发出CI过流信息,实施跳主断。
  1.4.4原边电压保护
  当原边网压高于32kV且持续10ms或者是高于35kV且持续1ms时,CI实施保护,四象限脉冲整流器和逆变器的门极均被封锁,输入回路中的工作接触器断开,同时向微机控制系统发出原边过电压信息。
  当原边网压低于16kV且持续10ms时,CI实施保护,四象限脉冲整流器和逆变器的门极均被封锁,输入回路中的工作接触器断开,同时向微机控制系统发出原边欠压信息。
  1.4.5瞬时过电压保护
  在机车出现空转、滑行或者受电弓离线造成的网压中断等情况时,牵引变流器的中间回路上可能出现瞬时过电压,为了防止这种过电压对变流器造成损坏,在中间直流回路设有瞬时过电压限制电路,由IGBT和限流电阻组成,通过牵引变流器中间直流回路电压传感器的监测。这是一种多次重复方式的保护,当过电压存在时,该IGBT将导通,直流回路能量经限流电阻释放,消除过电压。
  当中间回路电压大于等于3200V时,瞬时过电压保护环节动作,四象限脉冲整流器和逆变器的门极均被封锁,输入回路中的工作接触器断开。
  此外,当中间回路电压小于等于2000V时,中间回路低电压保护环节动作,四象限脉冲整流器和逆变器的门极均被封锁,输入回路中的工作接触器断开(库内动车除外)。

  1.5其它

  1.5.1原边电压显示
  机车设置了2块网压表PV1、PV2。当受电弓升起后,可分别用来显示接触网电压。
  在机车控制系统自检正常后,通过微机显示屏也可观察到原边电流和网压。
  1.5.2库内动车
  库内电源通过单相插座送到二、五位牵引电动机的牵引变流器环节,进行库内动车作业。机车共设置2个主电路入库插座和2个主电路入库转换开关,方便库内动车需要。当需要用牵引电动机M2动车时,在主电路入库插座XSM1处接入库内动车电源引线,转换主电路入库转换开关QS3,再闭合地面电源,通过操纵司机控制器机车便可以向前、后移动;当需要用牵引电动机M5动车时,在主电路入库插座XSM2处接入库内动车电源引线,转换主电路入库转换开关QS4,再闭合地面电源,通过操纵司机控制器机车便可以向前、后移动。

  第二章辅助电路

  机车辅助电路从功能上可以分成相对独立的三部分电路:三相辅助供电电路、辅助加热电路和库用电源电路。

  2.1辅助变流器及辅助供电电路

  辅助电动机供电电路由辅助变流器、辅助滤波装置、电磁接触器、自动开关、辅助电动机等组成。
  2.1.1辅助变流器
  机车设有两组独立的三相辅助电源,每组电源由辅助变流器UA11、UA12(又称作
  APU1、APU2)、滤波电抗、滤波电容、接触器、自动开关及对应辅机等构成。
  辅助变流器UA11、UA12都有变频变压(VVVF)和定频定压(CVCF)两种工作方式,
  可以依据连接的辅助电动机情况进行设置。机车正常运行时,辅助变流器UA11工作在
  VVVF方式,辅助变流器UA12工作在CVCF方式,分别为机车辅助电动机供电。每一台辅助变流器的额定容量是按照独立带整车辅机的情况设计的,因此正常情况下,辅助变流器UA11、UA12基本上以50%的额定容量工作。
  当某一套辅助变流器发生故障时,不需要切除任何辅助电动机,另一套辅助变流器可以承担机车全部的辅助电动机负载。此时,该辅助变流器按照CVCF方式工作,辅助电动机系统按全功率运行,唯有两台压缩机中,只有操纵端压缩机可以投入工作,从而确保机车辅助电动机供电系统的可靠性。辅助变流器的故障转换控制由机车微机控制系统(TCMS)自动完成。
  辅助变流器的中间直流回路同时给110V电源装置供电。辅助变流器UA12的输出还经隔离变压器,给司机室各加热设备及低温预热回路。
  辅助变流器内设有元器件过压、过流等保护。
  2.1.1.1辅助变流器的参数如下:
  每台机车数量2
  辅助变流器参数:
  额定输入电压:399VAC(单相)
  额定输入频率:50Hz
  直流中间回路电压:750VDC
  元件类型:IGBT(1700V、1200A)
  调制方式:四象限整流(输入)+PWM(输出)
  恒频恒压变流器输出容量:230kVA
  输出电压:380VAC(三相)
  输出频率:50Hz
  变频变压变流器输出容量:230kVA
  频率控制范围:0.2~50Hz
  电压控制范围:2~380VAC
  2.1.1.2辅助变流器
  辅助变流器采用最新的IGBT元件(1.7kV/1200A),其输入电源分别由主变压器TM1的两个辅助绕组(a7-x7)、(a8-x8)供电,输出送入辅助滤波柜LC,辅助绕组的电压均为399V,经过输出接触器向各类辅机供电。
  2.1.1.3辅助滤波柜LC
  对辅助变流器输出的PWM波进行滤波,降低谐波含量,输出近似正弦波的三相交流电,向各类辅机供电。
  2.1.2辅助变流器供电电路
  2.1.2.1辅助电源
  机车设有两组三相辅助电源,向各类辅助负载供电。
  辅助变流器UA11的输出,经过辅助滤波器LC,通过输出接触器KM11给牵引风机电动机MA11、MA12和冷却塔风机电动机MA13、MA14供电。
  辅助变流器UA12的输出,同样经过辅助滤波器LC,通过输出接触器KM12给空气压缩机电动机MA19、MA20、主变压器油泵MA21、MA22、车体通风机M23、M24、司机室空调EV11、EV12、主变流器内部的水泵WP1、WP2、辅助变流器风机APBM1、APBM2供电,同时UA12还经过AT1隔离变压器,分别向司机室内的辅助加热设备、卫生间及压缩机加热回路和低温预热设备提供AC220V和AC110V交流电源。
  a)辅助电源1(VVVF):
  输出电压(可变)2~380V
  输出频率(可变)0.2~50Hz
  辅助电源1经自动开关向两台冷却塔通风机电机和两台牵引电机通风机供电。
  b)辅助电源2(CVCF)
  输出电压380V
  输出频率50Hz
  辅助电源2经过自动开关和接触器,通过软启动方式向空压机、油泵、水泵、辅
  助变流器风机、列车供电柜(如有)风机、司机室空调、机器间风机和各类单相辅助
  加热器等供电。
  正常工作情况下,辅助变流器的负载功率分配情况见表2。
  2.1.2.2辅助变流器
  在辅助变流器UA11或辅助变流器UA12发生故障的情况下,TCMS将自动断开其相应的输出接触器KM11或输出接触器KM12,再闭合故障转换接触器KM20,把发生故障的辅助变流器的负载切换到另一套辅助变流器上,由该辅助变流器对全车的三相辅助电动机供电。
  2.1.3辅助电动机电路
  机车上的各辅助电动机均通过各自的自动开关与辅助变流器连接,除2台空气压缩机外,均不设电磁接触器,使得辅助电动机电路更简化、更可靠。当辅助变流器采用软起动方式进行起动,除空气压缩机电动机外,其他辅助电动机也随之起动。空气压缩机的起动受电磁接触器的控制,电磁接触器受机车司机控制扳键开关和总风缸空气压力继电器的控制。
  2.1.4辅助电动机电路的保护系统
  2.1.4.1辅助系统主电路接地保护
  在辅助变流器UA11、UA12内部,分别设有1套接地保护装置,进行辅助系统主电路的接地保护。当对应辅助回路发生接地故障时,该辅助变流器实施保护,可将该故障的辅助变流器切除,机车转由另一组辅助变流器对全部辅机供电。
  2.1.4.2辅助变流器的过流和过载保护
  在每一组辅助变流器的输入回路中,设有输入电流互感器ACCT,起控制和监视辅助变流器充电电流及辅助绕组短路电流的作用,其动作保护值为1600A。保护发生时,四象限整流器的门极均被封锁,工作接触器K、AK均断开,同时向微机控制系统发出跳主断的信号,该故障消除后10s内自动复位,如果此故障在2分钟内连续发生两次,该辅助变流器将被锁死,必须切断辅助变流器的控制电源,才可解锁。
  在每一组辅助变流器的输出回路中,设有输出电流互感器CTU和CTW,对辅助电动机回路过载及短路保护作用,辅助电动机回路过载保护的动作值为850A。保护发生时,逆变器的门极均被封锁,同时向微机控制系统发出跳主断的信号。该故障消除后10s内自动复位,如果此故障在2分钟内连续发生6次,该辅助变流器将被锁死,必须切断辅助变流器的控制电源,才可解锁。
  2.1.4.3辅助变流器中间直流回路电压保护
  辅助变流器中间直流回路设有两组电压监测环节,其中DCPT4是用于四象限整流器的控制,DCPT5是用于逆变器的控制:当DCPT5监测到中间回路电压大于等于825V或小于等于580V时,中间回路电压保护环节动作,逆变器门极被封锁,逆变器停止输出;当DCPT4监测到中间回路电压大于等于825V或小于等于270V时,四象限整流器门极被封锁,四象限整流器停止输出。
  2.1.4.4辅助变流器输入电压的保护
  当辅助变流器的输入电压低于279V即网压低于17.5kV时,低压保护环节动作,四象限整流器门极被封锁,工作接触器K、AK断开,四象限整流器停止输出。
  当辅助变流器的输入电压高于502V即网压高于31.5kV时,过压保护环节动作,四象限整流器的门极被封锁,工作接触器K、AK断开,四象限整流器停止输出。
  2.1.4.5 110V电源装置输入电源的短路过载保护
  每组辅助变流器,均可向110V电源装置提供DC750电源,输出电源回路通过熔断器
  DF进行短路过载保护,熔丝额定值为32A。当DF出现熔断后,辅助变流器将通知微机控制系统TCMS,进行110V电源装置输入电源的转换,由非故障的辅助变流器向110V电源装置提供直流电源,同时微机显示屏也进行相应故障显示和记录。

  2.2.辅助加热装置电路

  2.2.1机车辅助加热装置
  机车辅助加热装置主要有电热玻璃EH11-14、脚炉EH20-21、后墙暖风机EH22-25、
  及低温预热回路等,它们均由辅助变流器UA12通过隔离变压器AT1进行供电。
  在脚炉、后墙暖风机支路上设置了功能转换开关SA11、SA12,进行投入和切除转换,并设置了空气自动开关QA31和QA32进行过流保护。
  在电热玻璃支路上设置了功能转换开关SA13、SA14,进行投入和切除转换,并设置了空气自动开关QA34进行过流保护。
  在微波炉EH33支路上设置了功能转换开关SA15,进行投入和切除转换,并设置了空气自动开关QA33进行过流保护。另外,分别在2个司机室设置了电源插座XS21、XS22和在机械间中间走廊中部设置了1个电源插座XS23,提供220V交流电源。
  机车辅助加热回路中,还设有低温预热回路,最初采用DC110V低温预热,机车一旦可以升弓合主断,辅助变流器可以工作,就转由AC110 V低温预热。当机车需要低温预热时,首先闭合自动开关QA60、QA72,接触器KM22闭合,将采用DC110V低温预热方式,对辅助变流器APU1APU2、110V电源装置UC、TCMS微机系统等进行加热。预热一定时间,当微机可以升弓合主断,辅助变流器正常工作后,继电器KE11和接触器KM21闭合,接触器KM22断开,转由AC110V进行低温预热,对辅助变流器APU1APU2、110V电源装置UC、TCMS微机系统、APU等进行加热。通过闭合自动开关QA73,可以对撒砂装置进行加热。通过闭合自动开关QA74,可以对压缩机进行低温加热,通过温控开关TR-1,可以实现压缩机低温加热的自动投入和切除,当压缩机进行低温加热时压缩机不能工作。在压缩机的控制回路里,还设有温度保护开关TS-1和压力保护开关PS-1,通过其常闭连锁,实现对压缩机的安全保护。

  第三章列车供电电路

  为满足机车牵引客运车辆的需要,机车设有DC600V供电电路。该电路主要由2个
  DC600V电源柜LG1、LG2和供电连接器XSA2~5组成。其输入电源分别由主变压器TM1的两个辅助绕组(a9-x9)、(a10-x10)供电,经过整流单元整流后,在得到供电允许指令后可向客车车辆输出DC600V电源。
  列车供电柜的主要技术参数:
  额定输出功率400kW
  额定直流输出电压600V
  额定直流输出电流670A
  过载直流电流750A
  列车供电柜的电路分为主电路、辅助电路、控制电路和电子电路四个部分。

  3.1主电路

  额定交流电压860V从151/161、152/162端输入,经真空接触器与快速熔断器到单相整流桥与电流传感器,通过供电柜柜内的滤波电抗器和柜内的滤波电容器输出直流电压600V。整流桥的交流侧,并联了由电阻、电容和压敏电阻组成的过电压吸收电路与控制用同步变压器。同时,在交流侧有元件击穿短路时,快速熔断器能快速熔断保护,分断主电路,避免故障的进一步扩大。整流桥内各元件两端并联RC用于吸收元件的换相过电压。直流侧还有空载电阻与检测用电流传感器,接地分压电阻1R1、1R2、电压传感器用于接地保护。电压传感器3SV、5SV分别为控制箱A、B组提供电压反馈信号。

  3.2辅助电路

  列车供电柜采用了功率元件整流及直流负载电阻与交流阻容保护,工作时会产生热量,此时需要进行冷却通风。柜内设置有一台三相交流380V通风机,对柜内发热元件进行强制风冷。当通风机断路器未闭合时,不允许列车供电柜投入工作,以免损坏器件。

  3.3控制电路

  控制电路由集控插座JKXS1JKXS2、控制箱12、通讯模块HCM以及电路表等组成。
  列车供电柜输出DC600V电源时需满足一下条件:
  —机车与客车通讯正常:客车供电申请、客车110V电源以及机车供电允许等信
  号正常。
  —机车升弓、合主断正常,并且APU2正常工作,并发出允许供电柜工作信号;
  —操纵台上供电钥匙SA105SA106打“合”位。
  每个供电柜内分别设置有一块电度表,用来测量和记录列车供电柜输往客车的电能。
和谐机车电气线路分析

  第四章控制电路

  4.1控制系统概述

  机车的控制系统是机车控制与控制监视系统(TCMS)为核心,结合目前国内现有的机车行车安全综合信息监控系统和克诺尔的CCB-Ⅱ电控制动系统,配以机车外围电路来进行设计的。TCMS主要功能是实现机车特性控制、逻辑控制、故障监视和诊断,并将有关信息送到司机操纵台上的微机显示屏。TCMS包括1个主控制装置和2个显示单元,其中主控单元采用冗余设计,设有两套控制环节,一套为主控制环节(Master),一套为热备控制环节(Slave)。当主控制环节(Master)发生故障时,备用控制环节(Slave)立即自动投入工作。
  机车的控制电路主要完成下列功能:
  顺序逻辑控制:如升、降受电弓,分、合主断路器,司机控制器的换向、牵引、
  制动,辅助电动机的逻辑控制,机车库内动车逻辑控制,主辅变流器库内试验逻辑控制等。
  —机车特性控制:采用恒牵引力/制动力+准恒速特性控制,实现对机车的控制要求。
  —定速控制:根据机车运行速度,可以实现牵引工况下机车恒定速度控制。
  —辅助电动机的控制:除空气压缩机外,机车各辅助电动机根据机车准备情况,在外部条件具备的前提下,由TCMS发出指令,与辅助变流器同时启动、运行。空气压缩机则根据总风缸压力情况,通过控制接触器的分合来实现控制。
  —CCB-Ⅱ制动机的电空网络控制。
  —机车粘着控制:包括防空转、防滑行控制、轴重转移补偿控制。
  —故障诊断、显示与保护:通过设在司机室的微机屏显示机车正常运行的状态信息,如:网压、原边电流、机车工况、级位、机车牵引力、机车速度等,正常的设备
  工作状态,如:主变流器、辅助变流器等;正常的设备开关状态,如:主断路器、
  辅助接触器、各种故障转换开关;显示机车即时发生的故障信息,发生故障的设
  备、故障处理的方法等,并将故障发生时的有关数据记忆。
  —机车重联控制:最多可以实施同型号的3台机车重联。

  4.2控制电源电路

  4.2.1低压电源柜
  机车设有一个低压电源柜(含110V电源装置UC和蓄电池组)提供机车所需的DC110V控制电源,同时蓄电池充电单元向蓄电池组充电。110V电源装置中有两组功率为11kW的高频充电单元UR1和UR2,蓄电池充电器UC的输入电源来自UA11和UA12的中间回路,UA11向UR1输入DC750V电源,UA12向UR2输入DC750V电源。
  充电单元UR1和UR2同时工作,UR1给蓄电池充电,UR2给机车的控制电路输送DC110V。当其中一组充电单元故障后,充电单元控制系统经过自动切换,转由另一组充电单元给整车控制电路供电及蓄电池充电。
  机车还设有一个外接的蓄电池充电插座XSC3,当蓄电池组馈电严重,低于机车电器的最低控制电压,不能保证电源模块的正常工作时,作为蓄电池的备用充电插座,或机车调试检修时的外接电源的引入插座。
  4.2.2控制电源的分配
  机车控制电源由蓄电池电压经蓄电池自动开关QA61后与110V电源装置并联提供。
  控制电路自动开关有:微机I控制自动开关QA41、微机II控制自动开关QA42、
  司机控制I自动开关QA43、司机控制II自动开关QA44、机车控制自动开关QA45、主变流器自动开关QA46、辅助变流器自动开关QA47、列车供电柜I自动开关QA48、列车供电柜II自动开关QA49(QA48、QA49仅在客运方案时执行)、制动柜自动开关QA50、辅助设备自动开关QA62、自动过分相自动开关QA52、司机室照明自动开关QA53、机械间照明自动开关QA54、车外照明自动开关QA55、监控系统自动开关QA56,信号系统自动开关QA57、机车电台自动开关QA58、直流加热自动开关QA62、头灯自动开关QA51、电源装置自动开关QA63等。
  在两端操纵台上设置了控制电源电压表PV41、PV42,用于随时监视控制电源的电压情况,并且通过微机显示屏也可监视控制电源的电压情况。
  4.2.3 110V电源装置的控制
  110V电源装置可以通过RS485网络向机车控制系统TCMS提供故障信息及输出电压、电流和蓄电池充放电电流等状态信息,并通过微机显示屏进行信息提示。
  当110V电源装置发生故障时,不仅通过RS485网络向机车控制系统TCMS发出具体故障内容,同时也通过硬线向机车控制系统TCMS发送故障信号,“故障信号”为两路DO接口,其编码意义如表3所示。
  4.2.4控制电路的监测与保护
  4.2.4.1 110V电源装置输出电流及蓄电池组充放电电流的监测
  低压电源柜可采集、监测110V电源装置输出电流、蓄电池充放电电流等信号,并将这
  些信号通过网络传送到微机显示屏,供司机查看;并在低压电源柜上设有控制电压表及蓄电池充放电电流表,方便查看。
  4.2.4.2控制电源的低电压保护
  机车控制系统具有控制电源的低电压保护功能,共分两级。第一级,当控制电压低于88V时,低压电源柜处蜂鸣器发声报警,同时微机显示屏弹出低压故障预警信息,状态显示模块“蓄电池亏电”灯亮;第二级,当控制电压低于77V时,控制系统断电保护。

  4.3司机指令与控制功能

  在机车的I、II端司机室设置了完全相同的控制指令开关,可以分别向机车控制系统发出命令,机车控制系统经逻辑处理后,驱动执行机构,实现机车的控制。下面以I端司机室控制指令为例进行说明,同时将II端对应的控制器件代号用“()”进行表示。
  4.3.1电钥匙SA49(SA50)
  司机电钥匙开关SA49(SA50):有两个位置:“合”、“分”,当置“合”位置时,机车
  4.3.2司机控制器AC41(AC42)
  司机控制器(简称司控器)有两个手柄:方向手柄和调速手柄。方向手柄有“向前”、
  “0”、“向后”三个位置,调速手柄可以提供牵引级位*~13级,制动级位*~12级。两个手柄之间设有机械联锁:当调速手柄在“0”位时,方向手柄方可进行方向转换;方向手柄在“0”位时,调速手柄不能移动,只能在“0”位。
  4.3.3受电弓扳键开关SB41(SB42)
  受电弓扳键开关设有“前受电弓”、“0”和“后受电弓”3个位置,正常位置为“0”位。当SB41置“前受电弓”或“后受电弓”位时,受电弓电空阀YV41或YV42线圈得电,在空气管路压力正常的前提下,受电弓PG1或受电弓升起;当SB41置“0”位,受电弓PG1或受电弓PG2均降下。
  4.3.4主断路器扳键开关SB43(SB44)
  司机通过操纵主断路器扳键开关,可以实现对主断路器的控制。主断路器扳键开关设有“主断合”、“0”和“主断分”三个位置。“主断合”为自复式,正常位置为“0”位。
  -“主断合”位:闭合主断路器;
  -“主断分”位:断开主断路器;
  -“0”位:维持主断路器的当前状态。
  4.3.5压缩机扳键开关SB45(SB46)
  压缩机扳键开关设有三个位置,分别为“0”、“合”、“强泵”位。“强泵”位是自复位置。
  -“合”位:压缩机根据总风压力开关KP51-1和KP51-2的状态投入工作;
  -“强泵”位:强制头车两台压缩机投入工作,补机主压缩机投入工作;
  -“0”位:压缩机停止工作。
  4.3.6紧急制动、半自动过分相和定速按钮
  半自动过分相按钮SB67(SB68)、定速按钮SB69(SB70)为自复位按钮,紧急制动按钮SA103(SA104)为自锁按钮。
  按下紧急制动按钮,机车将实施紧急制动,一方面断开主断路器,另一方面对列车实施紧急制动。
  机车通过分相区前,司机可以按动“半自动过分相”按钮一次,机车采用半自动方式通过分相区。机车自动将牵引或制动力降为零并断开主断路器,通过分相区后,自动恢复到过分相区前的状态。
  当机车速度大于等于15km/h,且机车未实施空气制动时,若按下“定速控制”按钮
  SB69(SB70),当时的机车运行速度被确定为“目标速度”,机车进入“定速控制”状态。
  -当机车实际速度大于“目标速度+2km/h”时,TCMS控制机车进入电气制动工
  况;当机车的实际速度降低到“目标速度+1km/h”时,电气制动力降至0。
  -当机车实际速度小于“目标速度-2km/h”时,TCMS自动控制机车进入牵引工
  况;当机车的实际速度升高到“目标速度-1km/h”时,牵引力降至0。
  -机车进入“定速控制”状态后,司机控制器调速手柄的级位变化超过1级以上时,
  机车“定速控制”状态自动解除。
  4.3.7停放控制
  为了防止机车在停放状态下发生溜车事故,设置了弹簧停车功能。
  该功能相关按钮有:
  停放制动按钮SB99(SB100),停放缓解按钮SB107(SB108),均为自复位按钮。
  -停放制动按钮:机车进入“停放制动”状态,“停放制动”指示灯亮;
  -停放缓解按钮:机车退出“停放制动”状态,“停放制动”指示灯灭。
  4.3.8无人警惕控制
  机车运行时,如果司机出现打瞌睡、离岗或因紧急伤病等情况丧失操控能力时,无人警惕功能将主动实施停车,保证行车安全。该功能是通过微机控制系统来实施,并在操纵台上设有声光报警和信息提示,直至实施惩罚制动。
  当机车速度≥3km/h,并且司机控制器的方向手柄离开零位,60s内如果司机没有操纵任何复位开关,司机室的语音箱开始发出“无人警惕”的语音报警,微机屏同时进行无人警惕预警提示,如果再经过10s仍没有施加任何无人警惕复位指令,TCMS微机控制系统会发出惩罚制动指令,机车实施最大常用制动。
  操纵端司机室的下列任一操作均可复位无人警惕功能:
  -警惕开关:包括警惕按钮SB95(SB96)和警惕脚踏开关SA101(SA102);
  -高音风笛按钮:SB81(SB82)、SB85(SB86);
  -低音风笛脚踏开关:SA85(SA86);
  -撒砂脚踏SA83(SA84);
  -司控器的级位转换;
  -制动手柄的移动。
  4.3.9微机复位
  当机车在正常运行中发生微机故障,不能自行恢复时,故障信息在司机室信息显示单元中显示出来,司机可以根据提示,通过按动故障复位按钮SB61(SB62)1次,实现故障的恢复。
  4.3.10信息显示屏和状态指示灯
  机车两端司机室分别设置了完全相同的微机显示屏PD41、PD42,用于显示机车运行时的各类状态信息、制动信息及各个电器设备、控制继电器、接触器、转换开关等的信息,还能够显示机车的各种故障信息,并提供相应的故障处理建议。司机还可以通过微机显示屏实现制动模式的转换及机车部分设备的控制和隔离。
  机车两端司机室还分别设置了完全相同的机车状态指示灯,用于机车状态指示。
  分别为:微机正常、主断分、电制动、空转滑行、停放制动、控制接地、蓄电池亏电、故障,除微机正常、电制动为绿色指示灯外,其他均为红色指示灯。

  4.4机车逻辑控制和保护电路

  机车的逻辑控制和保护电路主要是将各辅助电动机的自动开关、各控制电器用自动开关、辅助变流器库内试验开关、高压隔离开关状态、各接触器状态、主断路器状态、各操作开关状态、空气管路系统压力开关等,以及各类接触器、继电器和电控阀等的状态指令送入TCMS,用于机车的各种工作逻辑及保护逻辑控制,并通过TCMS与主变流器和辅助变流器之间的通信,将有关控制指令信息送到主变流器和辅助变流器,达到整车联控目的。
  4.4.1各辅助电动机自动开关功能
  牵引通风机自动开关QA11、QA12:用于牵引通风机的故障保护和相应的逻辑控制。
  当牵引通风机过流造成自动开关断开后,主触点断开对应牵引通风机的供电电路,辅助触点将故障信号送到TCMS,然后通过TCMS一方面送到司机故障显示灯,另一方面自动隔离对应变流柜内的3组主变流器,同时对应的3组牵引电动机全部停止工作。
  冷却塔通风机自动开关QA13、QA14:用于冷却塔通风机的故障保护和相应的逻辑控制。当冷却塔通风机过流造成自动开关断开后,主触点断开对应冷却塔通风机的供电电路,辅助触点将故障信号送到TCMS,然后通过TCMS一方面送到司机故障显示灯,另一方面自动隔离对应变流柜内的3组主变流器,同时对应的3组牵引电动机全部停止工作。
  压缩机自动开关QA19、QA20:用于空气压缩机的故障保护。当空气压缩机自动开
  关断开后,断开对应空气压缩机的供电电路,并将故障信号通过TCMS送到司机故障显示灯,同时断开对应空气压缩机的控制接触器线圈支路,使该接触器不能得电闭合。
  油泵自动开关QA21、QA22:用于主变压器油泵的故障保护和相应的逻辑控制。当
  油泵自动开关断开后,断开对应油泵供电电路,故障信号一方面送到司机故障显示灯,另一方面自动隔离对应变流柜内的3组主变流器,同时对应的3组牵引电动机全部停止工作。
  机械间通风机自动开关QA23、QA24:用于给机械间通风,并降低机械间温度。当
  自动开关断开后,其主触点断开对应辅助电动机的供电电路,同时辅助触点将故障信息送入机车控制系统,由控制系统进行故障应急处理和故障显示。
  4.4.2各辅助电动机接触器功能
  机车辅助系统安装有各类接触器,包括辅助供电接触器KM11、KM12、KM20,压缩机接触器KM13、KM14,辅助压缩机接触器KMC1。接触器的主触点用于接通对应辅机的供电电路,辅助触点用于该接触器的工作确认,确保辅机能够投入工作。
  4.4.3原边过流继电器KC1
  当机车发生原边过流故障时,原边过流继电器KC1动作,其联锁触点信号送入TCMS,跳开主断路器,实施故障保护。原边电流的保护值为800A,对应次边电流为10A,此时KC1动作。
  4.4.4主变压器保护电路
  机车控制系统通过设置的温度继电器KP52,油流继电器KP49、KP50,压力释放阀
  KP62对主变压器实施温度保护和过压保护。
  温度继电器KP52,检测油路的油温,当主变压器的油温超过100℃时,断开主断
  路器。
  主变压器具有两路油循环冷却系统,各设有一个油流继电器对油流情况进行监测。
  如果一个油流继电器检测到无油循环,则该冷却支路对.的两.牵引变流器停止功率输
  出,机车的牵引功率下降50%。如果两个油流继电器都检测到无油循环,主变流器封锁,
  停止输出功率。
  主变压器安装有压力释放阀KP62。当变压器内部压力达到95±15kPa时,压力释放
  阀动作,释放压力,同时在微机显示屏上显示。
  4.4.5主断路器快速保护电路
  当机车发生故障时,为了在最短的时间内分断主断路器,机车设置了硬线的快速分
  断电路。主断路器线圈闭合回路中串入紧急制动开关的常闭触点,按下紧急制动按钮会立即切断主断路器线圈闭合回路,使主断路器立即断开。
  主断路器的辅助触点的状态信息送入机车控制系统中,方便机车控制系统的对设备
  状态的确认和故障判断。
  4.4.6主变流器控制电路
  机车设有两组完全相同的变流柜UM1、UM2,每组变流柜中有三套主变流器,用以控制三台牵引电动机。不同的是,变流柜UM1的装置识别信号设定为110V,变流柜UM2
  的装置识别信号设定为0V,下面以变流柜UM1的控制进行说明,()内为UM2的外围设备信号。
  机车主变流器的控制是机车控制单元TCMS根据司控器给定指令,通过RS485网
  络传送给主变流器控制单元,并按照机车的牵引/制动特性完成对牵引电动机的控制。牵引电动机的速度传感器BV41、BV42、BV43(BV44、BV45、BV46)将信号反馈回主变流器,完成对牵引电动机速度的闭环控制,有效地实施机车的防空转、防滑行保护,并对机车的轴重转移进行补偿。
  主变流器发生接地、次边过流、牵引电动机过流、主变流器自身器件发生故障时,
  故障信号送TCMS,同时进行自动故障隔离,并在司机显示屏中给出提示,指导司机进行有关故障隔离等的操作。
  对主变流器的控制还设置了牵引变流器隔离功能。当由于某种原因,如牵引电动机
  发生故障、主变流器支路发生接地等,需要对某个牵引变流器支路或牵引电动机进行隔离时,可以通过微机显示屏隔离软按键进行相应变流器的隔离,使之停止工作。
  主变流器允许投入前必须具备的信号有:牵引风机风速继电器KP41(KP42)和主
  变压器油流继电器KP49(KP50)信号。当风速和油流继电器均正常闭合时,说明主变流器工作的外围条件具备,可以投入运行。
  库内动车信号通过库用开关QS3或QS4送到主变流器控制单元,用于在库内动车
  时主变流器按照特定的控制程序工作。
  主变流器装置试验开关SA75,用于在低压试验或机车出厂前时对主变流器的控制
  单元进行试验检查,确认其是否工作正常。
  为满足主变流器工作需要,在主变流器的控制单元内引入高压电压互感器TV1同
  步信号。
  主变流器控制单元与TCMS的接口信号除2套通讯线外,还设有主变流器隔离、工
  作、功率预.和故障等信号。
  4.4.7辅助变流器控制电路
  机车两套辅助变流器装置UA11、UA12的控制电路基本一致。不同的是,正常情况下,I端辅助变流器装置UA11设定为变频变压(VVVF)工作方式,当主断路器闭合、换向手柄离开零位后,UA11开始工作;II端辅助变流器装置UA12设定为恒频恒压(CVCF)工作方式,只要主断路器闭合,UA12就开始投入工作。下面以Ⅱ端辅助变流器装置UA12的控制进行说明。
  机车主断路器闭合后,由TCMS发出命令,闭合辅助变流器UA12输出电磁接触器
  KM12,并将信息传递给辅助变流器控制单元,由辅助变流器控制单元发出指令,控制辅助变流器UA12起动。
  当机车某一辅助变流器发生故障,故障的辅助变流器能及时发信息给TCMS,通过
  TCMS的控制,自动完成输出电磁接触器的动作转换:若辅助变流器UA11发生故障,则电磁接触器KM11断开,电磁接触器KM20闭合;若辅助变流器UA12发生故障,则电磁接触器KM12断开,电磁接触器KM20闭合。故障的辅助变流器将信息传递给另一组辅助变流器,使其工作在CVCF方式,同时,故障的辅助变流器被隔离,此时所有辅助电动机全部由另一套辅助变流器供电,牵引电动机通风机和冷却塔通风机将正常满功率工作。
  为便于辅助变流器的隔离,在微机显示屏内设置了辅助变流器开放隔离开关,通过
  触摸开关进行隔离。正常情况下,这些开关均闭合。当由于某种原因,需要进行隔离操作时,可以通过微机显示屏进行相应辅助变流器的隔离。
  为确保辅助变流器正常工作,将电磁接触器KM11、KM12、KM20的信号引入辅
  助变流器控制单元。
  辅助变流器控制单元与TCMS的接口信号除1套通讯线外,还设有辅助变流器隔离、
  功率预备和故障等信号
  4.4.8空调机组的控制电路
  在机车的两个司机室分别设置了两套司机室空调机组EV11(EV12)、空调操作控
  制台EV11-1(EV12-1),两套机组及其控制方式完全相同,以下以I端空调机组进行说明。
  空调操作控制台安装于司机室操纵台上,设置有温度选择开关SA77和模式选择开
  关SA79。温度选择开关设置有九个档位,从“-4”到“+4”,实现空调的温度选择;模式选择开关有四个位置,“弱风”位、“强风”位、“关”位、“自动”位,实现空调机组的控制状态转换。
  4.4.9机车重联控制电路
  在机车两端分别设置了两个机车重联控制插座CZ1~4,机车采用以太网通讯的形式实现本务机车TCMS与重联机车TCMS之间的信息传递,实现两台(最多三台机车)间的重联控制。另外,在重联控制插座中,还包括机车重联电话信号和紧急制动信号等硬线重联。
  4.4.10自动过分相控制电路
  机车装有全自动过分相检测装置AE5。装置设有4个信号感应接收装置T1、T2、T3
  和T4,用于进行分相区前后的信号检测。AE5与TCMS之间有以下开关量的传递:信号497表示状态正常;信号499表示机车通过分相区前的预告信号或者是通过分相区后的恢复信号;信号498表示机车通过分相区前的强迫信号;信号491是TCMS送给AE5的机车Ⅰ端向前运行指令;信号492是TCMS送给AE5的机车Ⅱ端向前运行指令。
  当机车运行的线路区段在分相区前后装有地面感应器时,机车全自动过分相检测装置将起作用。该装置通过向微机控制系统提供过分相区的信息:预告信号、恢复信号499、
  强迫信号498,保证机车每次通过分相区时,司机不需要做任何操纵,机车微机控制系统即可自动跳主断,待通过分相区后,又能自动合主断,并保证机车恢复至通过分相区前的运行状态。
  4.4.11轴温检测电路
  机车装有轴温检测装置AE44,每个转向架上设有12个轴温检测点。轴温检测装置与TCMS间采用RS485总线通信。如轴温检测电路工作正常,在微机显示屏的轴温检测界面下,只显示转向架I和转向架II的工作正常与否的两个状态,正常显示为绿色,故障显示为红色。若其中任意一个检测点温度过高,检测点内的易熔合金传感器就会断开,检测装置将会把故障信息传送给TCMS,此时微机显示屏上显示故障信息,在轴温检测界面下该转向架的状态显示为红色,提示司机该转向架一个或多个检测点温度过高。
  4.4.12列车供电控制电路(仅客运方案)
  机车两端分别设置两个列车供电集控插座JKXS1、JKXS2,实现机车与客车间供电信号的传递;列车供电钥匙SA105、SA106用于列车供电柜的起停控制;列车供电柜与TCMS间采用RS485总线通信,可将供电电压、供电电流、供电柜主要部件状态及故障状态等信息传递给TCMS。
  4.4.13机车照明电路
  4.4.13.1司机室照明控制
  机车每个司机室设有两组司机室灯,长灯EL43(EL44)和短灯EL41(EL42);两组记点灯EL53、EL71(EL54、EL72)。司机室灯扳键开关SB47(SB48)设有“强”、“弱”、
  “0”三个位置,用于控制司机室长灯和短灯。记点灯扳键开关SA17(SA18)用来控制记点灯。
  4.4.13.2走廊照明控制
  走廊灯扳键开关SB49(SB50)实现走廊灯EL45~51的控制。
  4.4.13.3车外照明控制电路
  仪表灯/车底灯扳键开关SB57(SB58)实现仪表灯EL65(EL66)和车底灯EL67~70
  的控制,设置有“全”、“仪表”、“0”、“车底”、“全”五个位置。
  标志灯扳键开关SB51(SB52),开关信号送TCMS,由TCMS发出工作指令,实现机车标志灯EL55(EL56)的控制,设置有“全”、“前”、“0”、“后”、“全”5个位置。
  副照灯扳键开关SB53(SB54),开关信号送TCMS,由TCMS发出工作指令,实现副照灯EL59、EL61(EL60、EL62)的控制,设置有“全”、“前”、“0”、“后”、“全”
  五个位置。
  前照灯扳键控制开关SB55(SB56)实现前照灯EL63(EL64)的控制。前照灯扳
  键开关有“强”、“弱”、“0”三个位置。
  4.4.14其他辅助设备控制
  刮雨器开关SA61(SA62)用于刮雨器以及刮雨器水泵的控制,设置有“快+喷水”、
  “0”、“复位”、“慢”、“快”、“间歇”五个位置。
  电风扇开关SA63(SA64)实现司机室电风扇MD47、MD49(MD48、MD50)的
  开关转换控制。
  电冰箱开关SA69实现电冰箱MD51的控制。
  空气管路柜内的辅助压缩机开关SB97可实现对辅助压缩机AMD1的直接控制。当司机发出升弓指令后,也可由机车控制系统自动控制辅助压缩机工作。辅助压缩机由蓄电池经辅压机接触器KMC1后供电。
  机车在车内和车外还设置了直流110V电源插座XL1~XL4,用于司机行车临时使用。
  司机室加热控制开关SA11(SA12)实现司机室加热器的控制,包括脚炉EH21
  (EH20)和后墙暖风机EH23、EH25(EH22、EH24)。
  电热玻璃开关SA13(SA14)实现电热玻璃EH11、EH13(EH12、EH14)的控制。
  微波炉开关SA15实现微波炉EH33的控制。
  4.4.15机车控制系统与行车安全综合信息系统的接口
  机车控制系统与行车安全综合信息系统的接口由TCMS送出的五个输出信号和送入TCMS的四个输入信号构成。五个输出信号是:牵引或制动工况信号、调速手柄处于零位信号、方向手柄处于I端向前位(或II端向后位)或处于II端向前位(或I端向后位)信号;四个输入信号是机车卸载信号、常用制动A信号、常用制动B信号、紧急制动信号。
  其中常用制动A信号和B信号、紧急制动信号还通过硬线送入空气管路柜中,由CCB-Ⅱ系统执行相应指令。
  4.4.16快速降弓控制电路
  当机车受电弓出现风压泄露问题时,需要立即降弓。为了保证在降弓前,主断路器先断开,机车控制系统采集了受电弓风管压力开关KP63、KP64的信号。当压力开关动作时,机车控制系统会立即分主断,然后停止对升弓阀YV41或YV42的输出控制,防止拉弧放电对弓网的损坏。
  4.4.17轮缘润滑控制电路
  机车安装有两个轮喷电磁阀,分别是位于转向架1的YV43和转向架2的YV44。轮喷电磁阀的控制由机车控制系统完成,机车控制系统根据机车走行距离实现轮喷阀的控制。
  第五章制动系统控制
  机车控制系统通过MVB网络和硬线与制动系统全面结合,完成对制动系统的控制与监测。
  机车控制系统采集各个压力开关和隔离阀的状态信号和制动系统输出信号。状态信号主要包括:紧急制动隔离S10.01,升弓钥匙阀U99,辅压机压关KP57(U84)、KP58U43.02,辅助风缸隔离U43.13,总风压力开关KP1(P50.72)、KP2(P50.74)、KP3(P50.75)、KP4(A71 MREP),弹停压力开关KP59(B40.07),弹停隔离B40.06,转向架隔离Z10.22、Z10.23,撒沙隔离F41.02;制动系统输出信号包括:卸载、BCPS、补机故障、紧急制动。机车控制系统根据这些信号的状态进行逻辑控制。
  机车控制系统向制动系统输入机车状态信号和各类控制信号。具体包括:零速、电
  空互锁、紧急制动、常用制动B、紧急制动、弹停制动、弹停缓解、撒沙控制、干燥器控制、风笛控制等信号。

  结论

  HXD3C型电力机车的电气线路主要由主电路、辅助电路、DC600V列车供电电路、控制电路、制动系统控制电路和机车安全监控电路组成。
  机车主电路主要由网侧电路、主变压器、主变流器及牵引电动机等组成。
  机车辅助电路从功能上可以分成相对独立的三部分电路:三相辅助供电电路、辅助加热电路和库用电源电路。列车供电电路:为满足机车牵引客运车辆的需要,机车设有DC600V供电电路。该电路主要由2个DC600V电源柜LG1、LG2和供电连接器XSA2~5组成。其输入电源分别由主变压器TM1的两个辅助绕组(a9-x9)、(a10-x10)供电,经过整流单元整流后,在得到供电允许指令后可向客车车辆输出DC600V电源。列车供电柜的电路分为主电路、辅助电路、控制电路和电子电路四个部分。
  控制电路:机车的控制系统是机车控制与控制监视系统(TCMS)为核心,结合目前国内现有的机车行车安全综合信息监控系统和克诺尔的CCB-Ⅱ电控制动系统,配以机车外围电路来进行设计的。TCMS主要功能是实现机车特性控制、逻辑控制、故障监视和诊断,并将有关信息送到司机操纵台上的微机显示屏。TCMS包括1个主控制装置和2个显示单元,其中主控单元采用冗余设计,设有两套控制环节,一套为主控制环节(Master),一套为热备控制环节(Slave)。当主控制环节(Master)发生故障时,备用控制环节(Slave)立即自动投入工作。
  制动系统控制电路:机车控制系统通过MVB网络和硬线与制动系统全面结合,完成对制动系统的控制与监测。机车控制系统采集各个压力开关和隔离阀的状态信号和制动系统输出信号。

  致谢

  三年的大学时光就要结束额,毕业设计也接近了尾声。经过一段时间的努力,我的毕业论文终于完成了。在没有做毕业论文之前觉得毕业论文只是对三年来所学知识的单纯总结,但是通过这次做毕业论文发现自己的看法有点可笑,毕业设计不仅是对前面所学知识的总结,也是对自己能力的一种提高,并且还可以学到许多新知识。古语说得好:温故而知新!通过这次毕业设计使我明白了自己的知识还比较缺乏,所以自己要学的还有很多!
  通过这次毕业设计,使我们同学之间的关系也更加融洽,搞不清楚的问题我们互相讨论、研究!使我们之间更加了解,也是我的知识面得到有力的扩展,是我的目光更加远大!在此我要感谢我的同学们,我怕希望我们永远是朋友!想籍次机会感谢三年以来给我帮助的所有老师、同学,你们的友谊是我人生的财富,是我生命中不可或缺的一部分。我的毕业指导老师是付老师。当我拿到我的题目都不知道从哪里着手,多次去找老师,她都能耐心的、不厌其烦的指导我。在此特向她道声:谢谢!
  就要离开学校,走上工作的岗位了,这是我人生历程的又一个起点,在这里祝福大学里跟我风雨同舟的朋友们,一路走好,未来总会是绚烂缤纷。

  参考文献

  [1]张龙,电力机车电机,中国铁道出版社2008.
  [2]王冰.电力机车总体,中国铁道出版社2008.
  [3].武学功,电力机车制动.中国铁道出版社,2008.
  [4]朱定国.机车电传动.中国铁道出版社,2009.
  [6].谢家的.电力机车电器.中国铁道出版社,2008.
  [7]许聪明。电力机车控制。中国铁道出版社,2008.
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