HXD3C电力机车列车供电控制系统设计开发及技术特点

摘 要从HXD3C电力机车列车供电控制系统与原交直电力机车列车供电控制系统的比较出发，介绍HXD3C电力机车列车供电控制系统设计开发的技术特点及为贯彻简统化、模块化、系列化所采取的措施。HXD3C电力机车列车供电控制系统产品已在现场投入使用，其性能日臻完善并得到验证。

【关键词】HXD3C电力机车 列车供电控制系统 技术特点

从2004年4月铁路第五次大提速开始，电力机车列车供电系统向旅客列车进行直供电的运用越来越广泛。尽管交直电力机车列车供电控制系统已在SS9、SS8等电力机车上大规模推广使用多年，现场运用成熟、可靠，但是受制于当时技术条件和工艺水平的限制，存在功能简单、信息化程度不高、部分器件采购困难等缺点，已不适应目前形势的发展需要。

为保证电力机车列车供电系统的可靠运行质量，保证旅客列车的运行安全、舒适，因此在HXD3C电力机车上对列车供电控制系统进行变革改进符合机车技术进步及现实的需要。

1 技术改进及优化的原则

作为列车供电控制系统的改进升级产品，HXD3C电力机车列车供电控制系统充分吸收了原交直电力机车列车供电控制系统的设计优点和成功运用经验，并考虑以往运行中出现的问题以及后续采取的措施，一并在新设计的HXD3C电力机车列车供电控制系统中加以解决。

为满足HXD3C电力机车技术进步的需要，整个列车供电控制系统设计中充分利用了当今先进的计算机控制技术，采用了新的电子元器件及新工艺，贯彻简统化、模块化、系列化的设计思想，提高产品的质量和技术含量。

2 技术特点

2.1 系统架构优化

在HXD3C电力机车列车供电控制系统的开发设计中，借鉴了原列车供电控制系统的设计思想，并对系统架构和功能模块进行了优化。HXD3C电力机车列车供电控制系统包含了开关电源、供电控制、脉冲分配等5个基本通用模块， 采用A/B两组冷备冗余设计方式，并利用外部网卡实现与HXD3C电力机车TCMS系统通信，可实现DC600V列车供电系统的特性控制、整流控制、故障保护等功能。

与原列车供电控制系统相比，HXD3C电力机车列车供电控制系统的优越性体现在：

（1）系统延用了完全相同的A/B两组进行冷备份冗余，提高了系统的可靠性。

（2）系统采用了模块化设计的思想，规划清晰，有利于系统后期的升级和扩展。

（3）系统采用背板进行各插件间的模拟信号和数字信号传递，屏蔽效果好。

（4）数字入出插件、供电控制插件和脉冲分配插件间采用了总线技术进行数据交换，响应速度快，不易受到干扰。

2.2 微机控制升级

与原供电控制系统采用的单片机设计的控制平台相比，HXD3C电力机车列车供电控制系统由供电控制、数字入出和脉冲分配3个基本通用模块组成，各模块间的信号交换如下图所示。

列车供电柜的数字量信号从数字入出插件输入，经数字入出插件的电平转换后送入可编程逻辑器件CPLD，然后再通过背板总线传送给供电控制插件实现逻辑控制。

供电控制插件采用了DSP+ARM双CPU架构，DSP完成总线管理、总线上各插件的数据交换以及特性、参数保护等控制功能，ARM完成人机接口等功能；板内逻辑及外围信号的采集与预处理由FPGA控制管理，将模拟量信号转换为数字信号、从总线获取其他数字量信息给控制软件，然后由控制软件完成控制功能。

供电控制插件的对外控制数字开关量通过背板总线送至数字入出插件的可编程逻辑器件CPLD输出，并经数字入出插件完成电平转换后输出驱动相关的继电器。

脉冲分配插件根据供电控制插件的计算结果等形成的移相电平转换成晶闸管的顺序触发脉冲信号，经脉冲放大后驱动供电系统的单相半控整流桥。

2.3 供电系统信息化

原列车供电控制系统对外通讯信息仅传送了输出电压、输出电流和简单的故障信息，对外输出的信息量少。在HXD3C电力机车列车供电控制系统中，设置了网络通讯模块收集供电控制系统和电度表的信息，然后将信息按照通讯协议发送到机车TCMS系统，并在机车显示屏上显示。对外输出的信息包含以下几个方面：

（1）模拟量信息：列车供电柜交流输入电压/电流、直流输出电压/电流、对地电压等信息。

（2）数字量信息：列车供电柜内交流接触器、快速熔断器等开关状态信号。

（3）故障信息：列车供电柜发生异常情况时的故障信息，包括直流过压、直流过流、直流接地等。

HXD3C电力机车列车供电控制系统对外输出的信息量大大增加，这样可以有利于促进机车信息化，提高维护检修的效率，极大地方便了司机和检修人员。

2.4 机箱工艺

HXD3C电力机车列车供电控制系统吸收了原列车供电控制系统的优点，列车供电控制装置的机箱结构采用了60R的插箱结构，包含功能完全相同的A、B两组控制系统且相互独立，可以任选一组工作，提高了整车的可靠性。

3 结束语

截止到现在，HXD3C电力机车列车供电控制系统已有一千多套在现场投入运用，我国六大铁路干线上的直供电旅客列车均使用到了此套系统，其性能日臻完善并得到验证，不仅有助于提升我国机车电气系统和机车装备的技术水平，而且可以大大提高产品质量的可靠性，减少维修工作量，节约维修成本，提高铁路局的运输效益，实现良好的经济效益和社会效益。

参考文章

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[2]吴强.客运列车供电系统[J].机车电传动，2003，5：54-61.

[3]王小方.电力机车DC600V供电系统的改进[J].机车电传动，2004（04）：41-44.

[4]蔡杰，林波.电力机车列车供电系统接地研究[J].电气技术，2015，16（05）：78-81.

作者简介

邓林峰（1983-），男，湖南省宁乡市人。大學本科学历。现为株洲中车时代电气股份有限公司助理工程师。研究方向为轨道交通列车供电系统。

作者单位

株洲中车时代电气股份有限公司 湖南省株洲市 412001