刘德财
黑龙江省龙煤集团七台河分公司运输部
摘要:为了保证电力机车当中的电源监测系统以及故障提示系统能在设计方面有良好的质量，应认识到电源监测系统以及故障提示系统的重要性，并能结合电力机车运行需要、特点做好设计工作。本文就电力机车当中控制电源监测系统以及故障提示系统的设计工作进行了分析。
关键词:电力机车；电源监测；故障提示；设计；
电力机车在现代交通运输领域中发挥了重要作用，为物流运输、人们出行创造了有利条件，而在交通运输领域不断发展中，也需要电力机车的实际性能可以获得提升，尤其要能做好电源监测以及故障提示两系统的设计。
1系统设计方案分析
现代电力机车设备当中的电源监测系统以及设备故障提示系统从其构成方来看，其主要是由状态显示终端以及信息状态采集终端两部分组成，并在各个系统相协助、联合的情况下发挥出良好作用。在该系统运行的阶段中，依靠智能化类型的在线监测手段来完成各项检测工作，也由于该系统有较高的智能化、自动化水平，因此对于操作人员的素质要求较低，即使工作人员个人能力偏低也能使用相应的检测技术设备完成检测工作，能及时、准确的掌握电力机车机组在其运行阶段中运行状态以及在线监测结果。
一旦在电力机车当中出现了110VDC电源状态异常、蓄电池回路故障、机组蓄电池充电回路结构异常或者是开关部件故障的时候，机组也就会直接发出报警提示信号。而在报警信号发出之后，乘务工作人员也就能在发现隐患的同时及时对隐患进行处理，避免隐患或者是故障扩大。现代电力机车系统当中常采用了电源电气相互隔离类型的设计方案，同时在进行信号接入处理的时候常会采用高阻抗类型的接入方式。这种接入方式在故障发生的时候通常不会导致机车牵引受到电路影响。系统当中的485总线接口端在连接的时候，一般会采用四级抗干扰类型的措施来对机车当中的强电磁浪涌产生的干扰，确保电磁环境当中各终端均能实现高质量的时时通信。
2终端电路以及总线结构抗干扰设计分析
电力机车系统当中的状态采集终端部分以及状态显示终端部分在实际作用方面有所不同，状态采集终端在使用中主要是对状态数据进行时时采集、科学分析以及有效处理，并在完成了相应信息数据分析处理之后将信息数据传输到状态显示终端上。
2.1状态信息采集终端分析
文中图2为控制电源实际结构框图，并且图中的XDC属于是蓄电池。状态采集终端设备控制器当中电池正端的电压值为96V到110V之间。一旦电池组件当中的电压值数值小于了105VDC，那么也就说明电源组件或者是蓄电池组件当中出现了故障。采集控制电源组件当中的电源大小通常处于96V到110V之间，也就是XDC当中的负端，在测量测量计算中主要以50QA触点部分的电压值来计算接触部分的电阻值，一旦数值超过了1.6VDC，那么也就代表自动开组件当中出现了接触不良一类的故障。
图1控制电源组件结构框图
电源电路由开关稳压电路与集成稳压电路两组成，通过二次稳压方法来进一步抑制5V电源中的纹波噪声；其次，提高次级输出电压可减小初次级电压比，增加次级绕组匝数，增强次级线圈匝数间磁耦合强度，减小变压器漏感，可降低开关电源热损耗，提高电源转换效率，也有利于抑制纹波噪声，电源电路如图5所示。开关稳压电路采用反激式拓扑结构模式，通过开关变压器TR1与光耦合器U8实现了初次级电气隔离；选用TOP222单片开关电源芯片，芯片集成度高，所用外围元减少，简化电路设计，有利于提高电路可靠性。
2.2状态显示终端分析
状态显示终端电路的MCU通过485总线与状态采集模块进行通信，收到状态采集终端的电压数据和报警信号后，由LED显示与报警提示模块显示蓄电池电压值；如送报警信号，LED灯闪烁。
在电力机车牵行工作时，会产生强大电磁干扰，在电子设备或电子组件上感应产生很高的浪涌电压（共模电压），虽然RS485接口采用差分传输方式，具有一定的抗共模干扰的能力，但在机车现场环境中，是很容易超过其所能承受的极限值，有时甚至会烧毁芯片或电子组件。如采用单个保护元件组件无法满足要求，需要将几种保护电路组合起来，构成多级保护电路，把机车侵入的浪涌暂态电压逐级限制在一个很低的电平；同时，通过聚合物自恢复保险丝（PPTC）对接口进行过流保护。这样，利用各级保护元件的配合，将幅值很高浪涌暂态电压电流限制在可以耐受的低电压值，从而实现了对485通信接口保护。采用四级保护电路元件依次为气体放电管TU1（GDT）、FU1（PPTC）、瞬态电压抑制器ZD3（TVS）、齐纳二极管ZD1～ZD2；同时，采用高频开关管串联齐纳二极管的方法来减小保护元件的寄生电容，提高信号传输速率。RS485总线接口电路如图2所示。
图2 RS485总线接口电路
3系统软件设计分析
控制电源监测及故障提示系统由状态采集终端与状态显示终端组成，由各自独立单片机控制，并通过RS485总线进行相互之间通信[16]。由于RS485总线采用主从方式进行通信，状态采集终端的单片机定义为主机，状态显示终端的单片机定义为从机。系统软件由状态采集终端控制程序和状态显示终端控制程序组成。
4系统实际应用分析
在机车中安装使用两年来，采用数字方式设计的系统[17]，具有抗干扰能力强，数据通信准确可靠，故障率极低和安装方便的特点。系统对控制电源在线状态检测，及时发现了控制电源、蓄电池和自动开关存在隐性故障或性能缺陷，通过技术人员维修或更换不良器件，消除了故障隐患，大大改善了机车控制电源工况，提高了机车运行的可靠性。5结束语经过长时间实际应用，验证了机车控制电源监测及故障提示系统很好地弥补了机车控制电源设计上的缺陷，有效地降低了机车机破途停事故发生概率，提高了机车运行可靠性。此方案同样也适用于韶山系列其它型号的电力机车，如SS7D型电力机车、SS9型电力机车等，有广泛地推广应用价值。
5结束语
由于电力机车在现代交通运输领域中的作用越来越大，为交通运输提供了巨大的便利，因此技术人员也就更要能做好电源组件监控以及故障提示系统方面的设计工作。并在实际的设计工作中吸纳前沿设计技术，将各种先进技术融入到相应系统的设计中，推动电力机车整体性能的提升。
参考文献:
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[2]王一明.基于PLC控制的包神铁路集团电力机车整备场安全监控系统设计[J].工程技术：文摘版,2016(8):00317-00318.
[3]李淼,易吉良,周述庆,etal.电力机车车顶绝缘检测装置高压开关电源的研究[J].新型工业化,2016,6(2):21-26.
[4]张树威.电力机车电气系统故障诊断专家系统研究与设计[J].科研,2016(11):00148-00148.
论文作者:刘德财
论文发表刊物:《防护工程》2018年第25期
论文发表时间:2018/12/29
标签：电力机车论文; 终端论文; 电源论文; 状态论文; 系统论文; 故障论文; 电路论文; 《防护工程》2018年第25期论文;