中国铁路呼和浩特局集团有限公司包头西机务段技术科工程师：牛伟
摘要：
在机车无火回送过程中，利用机车牵引电机发电，将牵引电机由电动机转变为发电机，实现发电功能，在不影响机车无火回送操作模式的情况下，实现机车设计配置的基本生活设施正常运转。
关键词：机车无火回送供电；牵引电机低电压励磁技术。
一、引言
机车新造接车、高等级维修和发生故障回送维修时，回送机车全部设置为无火回送模式，根据《铁路机车无火回送处理办法》的规定，机车无火回送的过程中严禁升弓、合闸，故机车通风、烧水、热饭、取暖和照明等基本生活设施无法使用。
在新造接车和高等维修情况及故障状态中，值乘乘务人员在冬季使用棉被或睡袋进行防寒保温，在夏季使用水清洗或打开车窗进行防暑降温，烧水热饭采用酒精炉加热或自带。值乘乘务人员防寒保温、防暑降温、基本生活条件和工作环境十分恶劣。
针对上述的恶劣工况，为解决机车无火回送状态无外电源供电的情况下，本着以人为本的原则，设计开发一套无火回送供电装置以保证司乘人员的基本工作、生活用电需求就显得尤为重要。
二、方案构想及设计原则
为了解决机车无火回送无外电源供电的情况，保证机车设计配置的基本生活设施能够正常运转，根据机车设计原理设计方案为利用机车牵引电机发电。
机车运行过程中牵引电机为转动状态，将牵引电机由电动机转变为发电机，实现发电功能，机车顶部及走行部无需加装设备，利用车内预留空间加装升压转换设备和电路改进即可。实现这一方案的主要问题是：如何给牵引电机提供励磁电流，实现电动机转变为发电机，牵引电机发电后如何控制输出电压和电流的稳定。在不影响机车无火回送操作模式的情况下，实现机车设计配置的基本生活设施正常运转。
针对上述问题，再结合机务段实际需求，在设计过程中应遵循以下几个原则：
（1）机车在正常牵引时，装置应与机车原有电路存在物理层面上电气隔离，只有在无火回送状态时才能建立电气连接，以确保不因任何一方故障，而导致故障的扩大化。
（2）装置电路连接至机车既有电路后，对机车既有布局不应改变，以避免产生机车主要部件质保纠纷问题。
（3）装置完成安装之后，操作简便。司乘人员，操作便捷，使用方便。
三、项目的研究及关键技术
（一）项目研究的内容
1.机车无火回送系统的设计需求分析
针对机车中司机生活所需的电器设备，对无火回送系统的最大功率需求进行合理的估算，从而为系统硬件设计以及器件选型等提供重要的参考依据。并针对可能用到的不同负载类型设计装置的具体性能指标，例如电压，频率，谐波成分，负载变化时输出电压的调节等。
2.系统技术方案设计
针对上面所提出的设计原则，通过对机车牵引传动系统进行充分的研究和分析，在充分考虑机车不同的复杂运行工况和运行条件，充分利用机车上已有装置的条件下对无火回送系统的技术方案进行最优设计，设计方案应该满足以下条件：
(1）不需要对机车现有装备进行改造；
(2）能够保证机车牵引传动系统现有装置的安全；
(3）操作简单，具有可靠的逻辑判断与故障处理功能。
(4） 机车无火回送供电系统的软硬件设计在对无火回送系统的功率需求，负载条件，电压电流指标进行充分分析和估算的基础上，基于优化的系统方案设计，完成整个系统的具体方案中的硬件结构。
3.无火回送供电系统的控制在完成系统方案设计和硬件设计之后，最终要通过合理的控制来实现无火回送供电系统的正常可靠安全的运行。具体控制策略的研究包括：
（1） 无火回送供电系统的正常运行以及故障状态下的逻辑操作和处理；
（2）牵引电机运行速度的估算；
（3）牵引电机初始励磁的给定；
（4）牵引电机的正常运行过程控制，实现电动机转变为发电机，并控制输出电压和电流的稳定，维持负载设备的正常运行。
（5）对机车110V电池或自带电池的充放电管理控制。
（二）无火回送供电系统的关键技术
（1）牵引电机低电压励磁技术。
（2）中间电压精确控制技术。
（3）充电机控制技术。
（4）综合能量管理技术。
四、总体设计
（一）机车无火回送供电装置技术方案
1.技术特性
（1）输出电压 AC 220V/380V±10%,DC110V±10%
（2）输出频率50 ±0.5 Hz
（3）额定容量20kW
（4）带载能力
系统的额定功率能满足乘务人员的基本生活需求。
（5） 保护功能
设备应具备欠压保护、过电流保护、短路保护，当上述故障消除时，供电装置应能自动恢复正常，设备应能正常工作。
图4-1机车无火回送供电装置系统配置框图
2.系统方案设计
机车无火回送供电装置系统配置框图，如图4-1所示。无火回送工况下，直流牵引电机的他励线圈由蓄电池组通过励磁模块实现励磁电流的调节，使得电机在一定转速下（速度达到30km/h时，机车无火回送供电装置正常启动），得到输出范围为200~250V的直流电压。该直流电压一部分通过隔离的充电机模块给蓄电池充电，另一部分则通过逆变器模块，输出220V/380V电压，为车载设施取暖器、电炉、司茶炉、空调等生活用电设备提供电源。
五、主要技术优势
机车无火回送供电装置采用完全独立工作模式，与机车既有网络系统、主电路系统、辅助电路系统完全达到物理隔离。车载式机车无火回送供电装置采用分层式、组合式柜体设计、接线点采用插拔式快速连接插头，便于机车无火回送供电装置即插即用的工作模式。只利用机车一个牵引电机进行发电，经过本装置进行电源变换，最终输出稳定可靠的AC380V、AC220V供机车生活负载供电。
六、应用前景及经济效益
1.应用前景
（1）本独立式机车无火回送供电装置在目前国内外市场属于领先技术产品，由于其即连即用的技术特性，因此能够应用到国内所有类型的机车中，彻底实现产品的广泛使用性；
（2）目前国内所有机车在无火回送的过程中均要求机车严禁升弓合闸，机车全程无电回送，这样对机车司乘人员造成了很大的生活和工作困难，本产品能够有效解决机车司乘人员的这一难题，改善机车司乘人员生活和工作的环境状态，体现以人为本的思想，因此具有广阔的应用前景。
2.经济效益：
（1）充分利用机车无火回送的机械能，合理有效转化为电能，达到资源的合理有效的再利用；
（2）降低机车司乘人员无火回送跟车添乘的生活、工作成本，形成一个良好舒适的添乘生活、工作环境；
（3）本课题产品具有即插即用的特性，对用户来说能够合理充分利用，降低用户的购置成本。
机车无火回送供电装置有着良好的应用前景和经济效益，不仅在相关技术上取得了突破，更是贴近机车司乘人员的生活实际，切实解决了乘务员无火回送状态下生活条件艰苦的问题。
参考文献
[1] 中华人民共和国铁道行业标准TB/T 1333-1996《机车电器基本技术条件》
[2] 中华人民共和国铁道行业标准TB/T 1507-1996《机车电器设备布线规则》
[3]电气工程师手册 机械工业出版社，2005.9印
论文作者:牛伟
论文发表刊物:《科技新时代》2019年10期
论文发表时间:2019/12/6
标签：机车论文; 回送论文; 装置论文; 电机论文; 电压论文; 系统论文; 供电系统论文; 《科技新时代》2019年10期论文;