摘要：HXD3型电力机车是大功率交流传动电力机车，在铁路货运中担当着重要的牵引任务。HXD3型作为交流传动的电力机车，在电气控制方面，需要通过变压和变频的方式来调节三相异步牵引电动机的转速，从而调节机车速度。TCMS系统（微机控制监视系统）是整个机车的控制核心，其主要任务是根据司机指令完成对主变流器及异步电动机的实时控制、辅助变流器的实时控制、牵引/制动特性控制、传动系统的时序逻辑控制，显示机车运行状态，具备完整的故障保护、故障记忆及显示功能，并具有一定程度上的故障自排除、自动切换和故障处理指导功能。本文将简单介绍TCMS系统在机车上的主要功能。
关键词：HXD3 TCMS系统 功能
机车控制监视系统（简称TCMS）简单讲就是一台“电脑”，由一个主机和两个显示器构成。主机连接着司机控制器等“下达命令”的设备和主变流器等“接收命令”的设备，TCMS会根据接收到的信号进行判断、分析和计算，然后发出相应的指令对机车主要设备进行控制。两个显示器分别安装在机车两端的司机室里，用来显示机车的运行状态和故障信息等，当机车发生某些故障时，司机也可在触摸屏上进行相关的隔离操作。另外TCMS系统还具有完整的故障保护和一定程度的故障自处理的功能。
概括来说，TCMS系统的功能主要有三个方面：控制功能、显示功能和故障保护及处理功能。
一、控制功能
1、对主变流器及异步电动机的实时控制
接触网提供的是25KV的单相50HZ交流电，经过降压之后仍然为单相交流电，而机车牵引电动机采用的是三相异步电动机，需要三相交流电源，所以主变流器一方面把单相交流电变换为三相交流电，另一方面通过调节输出电源的电压和频率来控制牵引电动机的转速，从而控制机车速度。
此时的控制流程为：司机操作指令—TCMS—主变流器—牵引电动机，比如司机要控制机车牵引运行：将司机控制器主手柄推至牵引区某一级位，TCMS系统接收到主手柄位置信号，会根据牵引和制动特性进行分析、计算，得出牵引电动机所需牵引力，TCMS系统与主变流器不断地进行数据传递，使其输出相应的电压和频率，从而控制牵引电动机的转速。
2、对辅助变流器的实时控制
机车有两组辅助变流器为辅助机组提供三相交流电源。正常工作时，一组采用VVVF控制，另一组采用CVCF控制。当某一组辅助变流器发生故障时，TCMS系统将完成自动切换，并控制另一组以CVCF控制模式向所有辅助负载提供能量。
3、对主断路器的控制
主断路器是整个机车的“总开关”和“总保护”，当机车主要设备发生故障时，TCMS系统都能通过保护环节及时接受故障信号，控制主断路器断开，从而保护机车其它设备不受损害。
4、定速控制
当电力机车速度大于或者等于15km/h，且机车未实施空气制动时，按下“定速”按钮[SB69（或SB70）]后，当时的机车运行速度被认定为“目标速度”，机车进入“定速控制”状态。此时，将由TCMS自动控制机车速度。
当机车的实际速度高于“目标速度＋2km/h”时，微机控制系统（TCMS）发出指令，机车进入电制动状态，电制动力遵循机车速度—制动力特性（即机车电制动特性曲线）变化增大。当机车的实际速度降至“目标速度＋1km/h”时，电力制动力为0。当机车的实际速度低于“目标速度－2km/h”时，TCMS自动控制机车进入牵引状态，牵引力遵循速度—牵引力特性关系增大。当机车的实际速度加大到“目标速度－1km/h”时，牵引力为0。
机车进入“定速控制”状态后，若司控制器调速手柄级位变化超过一个级位以上，则机车的“定速控制”状态自动解除。
5、过分相控制
分相区就是接触网上的“无电区”，机车通过分相区时必须断开主断路器，给机车“断电”。
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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，该装置向TCMS系统提供过分相区的信息：预告信号、恢复信号、强迫信号，保证机车每次通过分相区时，司机不需要做任何操纵，TCMS系统就可自动跳主断，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。
二、显示功能
TCMS显示屏画面可以分为三个部分：
上部为常显的信息，显示年份、日期、时间、机车运行速度、级数、工况、重联状态等；
画面中间部分为主信息显示区，根据不同的工况、按键的选择，将显示牵引/制动的有关参数、机器的状态、开关信息，如原边电压、原边电流、控制电压等。
底部为功能键区，由于采用触摸显示屏，因此它将根据不同的工况和选择，显示不同的功能键。通过显示屏亦可显示出机车重联与否以及重联机车的故障信息。比如：按压“机器状态”键，进入主变流器/牵引电机画面，此时在主信息显示区会显示主变流器和牵引电动机的工作状态。若想查看其它设备情况，可以继续按压相应的功能键，如：按压“开关状态”查看各开关状态，按压“风机状态”查看牵引通风机和冷却塔风机的工作状态，按压“辅助电源”查看辅助变流器工作状况等等。
机车出现故障时，在右侧显示当前的故障信息，并且蜂鸣器发出警报；机车自身无故障时，故障信息区无任何显示。
三、故障保护和自动处理功能
1、TCMS系统具有完整的故障保护功能
任何类型的机车在设计时都会考虑到安全问题，在尽量提高设备可靠性的基础上，还要保证当机车某一部分发生故障时及时保护其它设备不受损害。在HXD3型电力机车上，TCMS系统具有完整的故障保护功能，很多过电流、过电压或接地故障发生时，TCMS系统都会通过相应的检测和控制单元接收故障信息，从而控制主断路器断开，保护机车设备。
2、TCMS系统具有一定程度的故障自排除、自动切换功能，当某一部分发生故障时，不需要司机进行任何操作，TCMS会自动切换到备用设备。以下两种情况就是该功能的具体体现：
（1）辅助变流器故障
辅助变流器是为通风机和压缩机等辅助机组等提供三相交流电源的装置，根据负载特性不同，系统具有VVVF（变压变频）控制和CVCF（恒压恒频）控制两种工作模式。机车上装载有2组辅助变流器，分别向不同的负载供电，正常工作时，一组采用VVVF控制，另一组采用CVCF控制。当某一组辅助变流器发生故障时，TCMS系统将完成自动切换，使另一组以CVCF控制模式向所有辅助负载提供能量。
（2）PSU（控制电源模块）故障
机车DC110V控制电源是采用高频电源模块PSU与蓄电池并联，共同输出的工作方式，再通过自动开关分别送到各条支路，如微机控制、机车控制、主变流器、辅助变流器、车内照明、车外照明等。机车设有两组电源模块PSU1和PSU2，通常只有一组工作。
PSU电源装置上设有两个开关SW1和SW2，其中SW1有“TCMS”和“手动”两个档位，SW2也有两档：“模块1”和“模块2”。若SW1置于“TCMS”位，表示由微机自动控制，奇数日模块1工作，偶数日模块2工作，如果其中一组发生故障，TCMS可自动切换到另一组。若SW1置于“手动”位，表示人为设定，如果SW2置“模块1”，表示模块1工作，如果SW2置“模块2”，表示模块2工作，此时，若电源故障，不能自动切换。
TCMS除具有以上功能外，还可满足工作人员在微机显示屏上对机车相关设备进行手动操作，比如主变流器CI及牵引电机的手动切除和恢复等，此处就不一一介绍了。
结论：随着电力电子技术的不断发展和进步，微机控制系统必将逐步取代传统的部分电气线路，实现对机车的自动控制。作为专业人员，我们有义务和责任不断探索新技术的发展，保障铁路安全、高效运营。
参考文献：
《HXD3大功率机车司机操作技术培训手册》 张宝林 孙景
《HXD3型电力机车》 张曙光
论文作者:周秀梅,王永华
论文发表刊物:《电力设备》2017年第20期
论文发表时间:2017/11/14
标签：机车论文; 变流器论文; 故障论文; 系统论文; 速度论文; 功能论文; 电力机车论文; 《电力设备》2017年第20期论文;