车载设备电源智能稳压和报警装置

孙宝龙 佟德双 付少纯

孙宝龙:北京铁路局唐山电务段 工程师 063000 河北唐山

佟德双:北京铁路局唐山电务段 高级工程师 063000 河北唐山

付少纯:北京铁路局唐山电务段 高级工程师 063000 河北唐山

自2008年机车监控和机车信号合并为车载设备，统一归电务部门管理以来，车载设备结合部安全管理就存在诸多问题，其中供电问题比较突出。从原天津电务段唐山车载设备车间的设备运用记录分析发现，机车电源过压问题经常发生，月均3～4次。自2010～2011年上半年，由于机车供电问题烧损的全套车载设备(监控主机、双端显示器、TAX2箱和机号主机)共计6套，严重影响了运输生产，还给车载设备的备品、备件补给造成极大压力，直接车载设备损失超百万元。

1 机车供电车载设备存在问题

1．机车电压超高在138 V以上或牵引电流不平衡造成过流，使机车在运用过程中造成车载设备烧损。

2．机车在运行中瞬间断电，或断电时间超30 s，造成车载设备硬件复位或停止工作。

3．机车换向不良，主要指Ⅰ、Ⅱ端电源同时供电或断电。

4．机务电源对地绝缘不良，造成电源电压大范围波动，致使车载设备不能正常工作。

5．机务接入电源错误，造成车载设备烧损或记录文件异常。

2 原因分析

1．烧损车载设备的机车主要集中在内燃和电力老车型，如:DF4B、DF4D、DF7、DF8B、SS1等，这些车型由于出厂时间较早，机车电源控制系统落后，性能不稳定，控制器件老化。

2．机车起动时不关闭(如监控主机)或不能关闭(如JT-C2000机号主机)车载设备，容易产生过压、过流现象，从而造成车载设备及监控设备烧损。

3．车载设备统一归电务管理后，与机务的相关问题凸显。

4．由于近年机车频繁调动，再加上车载设备加装滞后的现实，各车型车载设备与机务的对接地点有很大区别，接入手法各异。一方面造成检修困难，另一方面增加了车载设备的供电故障点和故障几率。

5．老车型没有统一的机务对车载设备供电对接地点和标准，对接端子的式样不同，标识及顺序混乱，无清晰标注标签，随意性较大，配线绑扎不规范，不利于设备检测和故障处理，增加了车载设备电源故障延时及发生的可能性。

为此，依据多年车载设备维修经验，结合车载设备运用实际，作为2012年北京铁路局B级科技项目，由唐山电务段开发研制了车载设备智能电源稳压和报警装置。

3 装置结构及原理

3.1 稳压电路

车载设备智能电源稳压和报警装置结构框图如图1所示，可实现在较宽泛范围内输出电压的相对稳定。采用全桥式变换电路，其主要优点:①输出功率大，工作效率高;②开关管的耐压值低，不易烧损;③可以用于输入电压比较高的场合，其输出功率比推挽式变压器开关电源的输出功率大很多;④同样适用于工作电源电压较低的场合。

图1 车载设备智能电源稳压和报警装置结构框图

此外，还有针对性地设计了滤波电路，可在较大程度上滤去电化区段运行过程中电源产生的电涌电压和电流。另外，在电源的输入端接有大功率整流，可防止电源接入错误造成的设备烧损。

3.2 故障转接电路

1．当稳压模块故障(如输出过、欠压)时，相关继电器转换接点闭合，自动转换到直供状态，由输入电源直接供给车载设备。

2．当输入电压低于60 V时，相关转换电路会旁路稳压模块，自动切换到电池直供状态。

3．输入电压在高位时，稳压模块一直稳定在(105±5)V，直到烧损或故障才自动切换到直供状态。

4．故障转换时间小于0.15 s，且增加了一个电容，平时处于充电状态，在设备转换过程中放电，从而减小或消除设备转换过程中对车载设备的影响。

3.3 报警电路

以下几种情况将启动报警电路，点亮故障灯:①机务机车电源反接或换向电源Ⅰ、Ⅱ端同时供电时;②输入电压超出设备运用规定值时;③稳压模块故障转直供时;④电源输出异常，高于115 V或低于88 V时。在装置电源的后部设有相应外接的报警端子，可在司机室外接报警器。

3.4 记录及存储部分

装置通过对输入、输出电压进行采样，一方面屏幕显示，另一方面记录和储存。记录频率为每秒1次，连续记录时间不少于72 h，新记录文件会自动覆盖最早文件。外部设有USB转储接口，可通过U盘进行转储。内部储存卡暂定为512 MB。配备有专门的分析软件，通过电脑可对输入电压进行实时分析和了解，掌握机车电源情况的第一手资料。

3.5 表示和对接部分

装置前面板如图2所示。有电源电压显示视窗，可实时显示输入、输出电源电压情况。电源电压正常时，绿色指示灯点亮;模块故障、输入故障、换向故障时，分别对应3个红色表示灯。故障表示灯平时灭灯。装置后部有3类对接端子，分别是输入端子(电源输入和Ⅰ、Ⅱ端换向输入)、输出端子(5路电源输出和Ⅰ、Ⅱ端换向输出)，外接报警端子。各连接端子都有相应明确的汉字标识。以备使用人员确认。

4 装置功能

1．宽带稳压功能:在DC 60-160 V超宽电压范围内稳压，稳压精度在 DC(105±5)V范围内。

图2 装置前面板

2．过欠压报警。低于 DC 75 V或高于 DC 115 V系统启动鸣音报警，通知使用人员电源异常。

3．自身故障安全转接。系统故障输出异常自动切换为机车电源直供，切换时间小于0.15 s。

4．机务换向电源异常供电报警。一旦Ⅰ端、Ⅱ端同时供电，会自动启动鸣音报警功能。

5．多输出分路供电端子。共有5对DC 110V输出端子，可分别连接监控主机、双端监控显示器、机号主机、TAX2箱LIAS等外围设备，规范设备对接。

6．满足设备输出功率要求。设计监控主机(小于200 W)、监控显示器(2×50 W)、机号主机(40 W)、TAX2箱(40W)LIAS(15 W)，总功率小于400 W，电源总功率输出为550 W。

7．工作环境温度在－25℃ ～+55℃，具有一定的防震功能设计，能适应机车动态工作环境。

5 装置特点

1．电源电压控制精度准确。

2．模块智能化集成度高。

3．安全性好，故障导向安全。

4．外观尺寸适当，易于安装。

5．为车载设备量身定制，适应性好。

6．内部和外接报警双重选择。

7．应用端子标识清晰排列有序。

8．机务电务集中对接分界清楚易于维护。

6 技术指标

1．直流输入电压范围:60～160 V

2．直流输入最大电流:≤10 A

3．直流输出最大功率:≥550 W

4．直流输出电压:(105±5)V

5．直流输出电流:5 A

6．直流输出纹波:≤1%

7．输出短路保护:有

8．输出过、欠压保护:有(保护值可以设定)

9．故障自动切直供:有，小于0.15 s

10．绝缘强度:≥500VAC，1 min无飞弧，无击穿

11．绝缘电阻:≥25 MΩ

7 发展前景和经济效益

该装置于2013年11月8日已通过机械工业部相关电磁适应性三项检验，2013年1月至2014年6月，在唐山机务段DF7-6030机车上应用试验，效果良好，并经北京铁路局科委组织的专家组评审，一致认为符合推广要求。既可实现针对不同机车车型的输出电压设计，如75 V内燃机车、24 V自轮运转机车等，也可帮助解决其车载电源供电问题及老型机车车载的输入电源问题，极大减少车载设备烧损。由于设有多个输出端子为机车无线通信预留应用，还可规范机务电务对接位置。提高设备标准化程度和维修效率，减少故障发生几率。

该装置不改变现有的机车和车载设备原有结构，故障导向安全。体积小，安装简单，易于操作，具有内置和外接报警多种选择。

8 结束语

车载设备智能电源稳压报警装置是基于当前车载设备维修过程中的实际需求研制的，具有专业性和针对性，实现车载电源智能化供电。不但是车载设备正常安全运行的可靠保证，而且也是电务部门维修技术走向规范化的必然，是确保机车安全装备即车载设备安全运用重要举措。必将为车载设备的安全运用做出贡献。

［1］中华人民共和国铁道部.TB10007－1999.铁路信号维护规则［S］.2006.

［2］中华人民共和国铁道部.TB/T 3034－2002.机车车辆电气设备电磁兼容性试验及其限值［S］.2002.