出口伊拉克时速160km/h动车组动车电气系统设计

李旭东 冯爱民

摘 要：针对出口伊拉克时速160km/h内燃动车组动车电气系统的创新设计，介绍了动车组主要性能参数，从主牵引系统、网络控制系统、辅助供电系统以及适合当地运营条件的电气设备选型等方面进行了分析，并对伊拉克时速160km/h内燃动车组动车电气系统技术特点进行了归纳总结。

关键词：时速160km/h；动力集中；内燃动车组；电气系统；防高温风沙设计

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.07.200

1 概述

出口伊拉克时速160km/h内燃动车组为伊拉克国内首列内燃动力动车组，主要用途为中短途旅客运输，运行线路为巴格达至巴士拉，线路总长约700km。

动车组编组型式：D1+T1+T2+T2+T2+T4+T3+T3+T3+D1，其中D1为带司机室的动车，为动车组提供动力及辅助设备用电，T1为一等座车，T2为二等座车，T3为卧车，T4为餐车。

由于巴格达至巴士拉区间为热带沙漠气候，因此设计动车电气系统时充分考虑其高温、风沙等气候特点。

2 列车主要技术参数

运行环境温度：-10℃-55℃；动车组总载客人数 343人；动车组总牵引功率 2×2190kW；动车组总供电功率 2×480kW；轴式：A1A-A1A；传动比：77/21；动车轴重 ≤20t；拖车轴重 ≤15t；最高运行速度 160km/h（按动轮直径半磨耗计算）；持续速度：77.5km/h（按动轮直径半磨耗计算）；单车牵引最大运行速度 112km/h；最大起动牵引力 2×122kN；持续牵引力 2×75kN；紧急制动距离 ≤1400m（初速度160km/h）

3 电气系统设计

3.1 牵引系统设计

动车主传动系统采用交—直电传动，在牵引工况下，车载微机控制柴油机启动，柴油机启动之后带动主辅发电机，主发电机发出三相交流电，经自带整流器整流后通过主接触器、工况转换开关、方向转换开关，驱动4台牵引电机运行。

主控微机根据司机控制器的档位，调节柴油机的转速。

在牵引工况下，主微机根据柴油机的转速和发电机的输出功率，调节主发电机的励磁电流，实现柴油机不同转速下的恒功控制。

柴油机的最大运用功率与同步主发电机经主硅整流柜输出的电功率之间的关系，可用下式表示：

PF=（Ne-Nf）*ηF*ηZ =UF*IF *10-3

其中：PF ——同步主发电机经主硅整流柜的输出功率 （kW）

Ne ——柴油机输出功率 （kW）

Nf ——动车辅助功率 （kW）

ηF ——同步主发电机的效率

ηZ ——主硅整流柜的效率

UF ——同步主发电机经主硅整流柜的输出电压 （V）

IF ——同步主发电机经主硅整流柜的输出电流 （A）

在电阻制动工况下，牵引电机转为直流他励发电状态，4台牵引电机励磁绕组串联，并由主整流器供电。动车切断动力后，在惯性作用下，继续前行，牵引电机转为发电状态，将机械能转换为电能，并将发出的直流电消耗在制动电阻上。

在自负荷工况下，由主发电机发出的交流电经主整流装置整流后，经过自负荷闸刀（不经过电机电枢）、制动电阻、牵引电机的励磁绕组，将发电机输出的电能消耗在制动电阻上。自负荷试验，为静态调试动车的牵引及制动参数，模拟动车的牵引与制动工况工作，提供极大的方便。

主发励磁机，安装在辅助柜内，输出电流：DC0-125A由主微机通过PWM信号控制其输出。

3.2 网络控制系统设计

伊拉克内燃动车组微机网络控制系统采用国产化自主平台DTECS，主要实现列车重联、柴油机调试、MVB通信、故障诊断和报警等功能。

微机网络控制系统具有如下几个特点：（1）总线传输，减少硬连线，减轻车辆重量；（2）对车辆运行状态信息和车载设备状态信息进行集中管理，提高列车信息化程度，支撑司机和乘务员工作；

微机网络控制系统采用2级拓扑，列车总线采用WTB总线；车辆总线采用MVB（EMD）总线。关键控制指令采用硬线备份传输。

微机网络控制系统主要组成设备为GWMe模块（网关模块）、LCS32（微机装置）以及HMI（显示器）。

3.3 辅助供电系统设计

辅助供电系统辅助发电机和辅助变流器，辅助变流器主要负责管理机车辅助交流系统，控制辅助交流发电机的输出电压，结合机车运行工况及主传动系统各部件的工作状态，控制各辅助电机的工作电压及工作频率，实现机车辅助功率消耗最小化管理。当辅助变流模块故障时，辅助变流控制单元通过对接触器的切换控制来实现负载切换或者实现辅助负载由辅助交流发电机直接供电。

辅助变流器柜控制单元（ACU）采用西门子S7 系列产品。通过采集机车信号，实现对辅助系统负载的控制。ACU 中集成两路RS485 通讯口，同时完成与变流器模块和车载微机进行通讯。

ACU 主要功能如下：（1）控制整个辅助变流器输入输出的工作状态；（2）实时监测各种电器结点的状态并做相应的处理；（3）对来自硬件单元的故障信号做相应的处理；（4）采集水温信号，控制各变流器模块的启停和工作频率的给定及相应的转换；（5）采集硬件单元的实时数据并储存；（6）将储存的资料传送至车载微机；（7）可通过触摸屏实时监控变流器运行状态及参数，读取故障内容。

4 防高温、风沙设计

动车电气系统设计时采取以下措施应对伊拉克高温、风沙的运营环境：（1）主接触器的辅助触点采用防尘触头，全封闭外壳，防止沙子进入触头接触面，造成接触不良回路不通；（2）电器柜整体密封，柜体下面留有通风口，向柜体内吹风，顶部安装四个风扇抽风，保持柜体内正压，防止风沙进入；（3）继电器采用全密封继电器，防止风沙干扰触点闭合；（4）所有电器件垂直竖立安装，如果有沙子的话就会在重力的吸引下，落到柜体的下面；（5）电气柜采用全密封结构，柜门使用密封条密封，柜门关闭后无缝隙，避免沙尘进入；电气底部进线使用专用密封机构，每根电缆都通过专用走线孔走线。

5 主要技术特点

动车电气系统主要技术特点如下：（1）采用他励式交流整流为直流的牵引交流发电机组，交流发电系统与整流系统集成于一体，结构紧凑，成熟可靠，便于维护；（2）控制系统选用车载微机。微机控制系统具有以下特点：1）对整车控制提供了从恒功率励磁控制到动车逻辑控制的全套解决方案，成为一个比较完善的系统，有利于数据信息的综合处理和利用；2）系统结构明晰，有利于排查动车电气系统的故障，简化了系统的常规维护；（3）采用交流辅助系统。交流辅助系统为相对独立的闭环控制系统，辅助微机独立对辅助系统进行信号采集、分析和控制，并可通过RS485通信方式与动车主微机通信。当辅助系统出现故障时，辅助柜微机与主微机通信，发送故障信息；（4）主发电机采用主发励磁机进行控制，辅助交流发电机采用辅发励磁调节器进行励磁控制，该两个励磁单元模块化、功能完善，便于维修。

6 结束语

出口伊拉克时速160km/h内燃动车组成功试制之后，已于2014年投入运营，运营状况良好，各种参数完全达到并优于设计要求，得到用户好评。该动车组的成功运营为出口西亚地区轨道交通车辆的设计积累了经验，提供了参考，具有深远和重大的意义。

参考文献：

[1]饶忠.列车牵引计算[M].北京：中国铁道出版社，1996.

[2]胡汉春.机车电传动与控制[M].北京：中国铁道出版社，2012.

[3]戚墅堰机车车辆厂.DF8B内燃机车[M].北京：中国铁道出版社，1996.

作者简介：李旭东（1979-），男，山东乐陵人，研究生，研究方向：电力电子与电力传动。