列车供电控制装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及铁路系统，具体说设计用于增加列车供电系统安全度的列车供电控制 装置。
【背景技术】
[0002] 自铁路第五次大提速以来，基于集中供电、分散变流的DC600V列车供电系统正逐 步取代传统的空调发电车的作用，成为空调列车新型供电方式的主要发展方向。DC600V列 车供电系统采用集中整流分散变流的方式，即机车集中提供DC600V电源，客车进行分散变 流。
[0003] 电力机车主变压器副边设置两个独立的列车供电绕组，输出单相AC860V电压到 DC600V列车供电系统，经整流后输出独立的两路DC600V电源提供给客车。系统设计容量为 2X400kW。客车上装有逆变器和充电机，逆变器将DC600V电压逆变成三相AC380V电压后 供给空调机组、通风机等负载，同时充电机将DC600V电压变换成DCllOV电压后供蓄电池充 电、照明和其他控制系统用电。因此DC600V列车供电系统的安全性和稳定性对旅客列车安 全运行和正常的服务工作具有极其重要的作用。
[0004] 从现场的运用情况看，目前的列车供电系统中绝大部分元器件或者通过提高器件 等级，或者增加备份冗余的手段，使得整个列车供电系统的可靠性大大提高。但是，目前仍 存在不足的地方需要继续加强改进。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题在于提供一种列车供电控制装 置。
[0006] 为实现上述发明目的，本发明采用下述的技术方案：
[0007] 根据本发明的一个实施例，提供一种列车供电控制装置，所述装置包括：
[0008] 主电路单元，其包括第一供电回路，用于将单相交流输入经过整流、滤波后转 换为直流电压输出，其中，在单相交流输入端处设置至少两个并联连接的真空接触器 (KM1，KM2)，
[0009] 控制单元，其包括第一控制子系统，所述第一控制子系统中设置至少两个独立的 驱动电路以分别驱动控制所述真空接触器，以在正常运行时，基于预先设定的条件来优先 投切使用所述真空接触器中的一个或另一个。
[0010] 根据本发明的一个实施例，所述第一供电回路还包括串联在所述单相交流输入端 上的快速熔断开关（FU)以对整个供电系统进行快速熔断保护。
[0011] 根据本发明的一个实施例，所述第一供电回路还包括单相整流桥和滤波单元，其 中，整流桥的桥臂包括串联连接的二极管（VI，V2)和晶闸管（V3，V4)，滤波单元包括滤波电 感（L)和滤波电容（C)以消除整流后的电压中的高次谐波。
[0012] 根据本发明的一个实施例，所述第一供电回路还包括至少两个调节用电压传感器 (SV1，SV2)，其分别由所述控制电路单元控制在不同时间里交替工作以正确地检测出实时 的整流输出电压。
[0013] 根据本发明的一个实施例，所述主电路单元还包括第二供电回路，其中，所述第二 供电回路的结构设计为与所述第一供电回路的结构基本上相同。
[0014] 根据本发明的一个实施例，所述控制单元还包括第二控制子系统，其中，所述第二 控制子系统设计为与所述第一控制子系统相同，在第一控制子系统故障时，其可通过设置 的外部转换开关的控制而投切入供电系统进行工作。
[0015] 根据本发明的一个实施例，所述第一控制子系统和第二控制子系统分别还包括数 字输入输出模块、供电控制模块和脉冲分配模块。
[0016] 根据本发明的一个实施例，所述第一控制子系统和所述第二控制子系统设计为基 于以下条件来投切使用所述真空接触器中的一个：
[0017] a、当前日历是奇数日期还是偶数日期；
[0018] b、基于所述真空接触器的机械寿命的比较，如果其中一个的机械寿命与另一个相 比相差大于一定阈值，优先使用寿命最长的真空接触器，如果相差不大，则交替使用；
[0019] c、在一个真空接触器故障时，优先投切使用另一个真空接触器。
[0020] 根据本发明的一个实施例，所述第一控制子系统和所述第二控制子系统设计为， 在其中一个真空接触器发生无法闭合故障时，所述子系统报警的同时，控制投切入另一个 真空接触器，在其中一个真空接触器发生无法断开故障时，所述子系统报警的同时，继续使 用该故障接触器。
[0021] 根据本发明的一个实施例，所述装置还包括散热单元，其用于对所述主电路中的 功率元件、直流负载电阻和交流组容进行过热保护。
[0022] 本发明的有益效果：
[0023] 本发明将单真空接触器改为双真空接触器并联之后，可有效减少因接触器故障造 成的列车供电系统停止工作，进一步提高整个系统的可靠性，从而提升旅客列车的舒适度。 由于本发明的系统电路变化较小，因此方案比较可靠，且系统的成本和体积增加不大。此 外，无需额外再开发新型号的真空接触器。
[0024] 本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变 得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利 要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
【附图说明】
[0025] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要的附图做简单的介绍：
[0026] 图1为现有技术中的列车供电回路主电路原理图；
[0027] 图2为列车供电系统的控制单元的系统结构图；
[0028] 图3为根据本发明的实施例的列车供电回路主电路原理图；以及
[0029] 图4为根据本发明的实施例的两路用于独立控制真空接触器的驱动电路的示意 图。
【具体实施方式】
[0030] 以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用 技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明 的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合， 所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
[0031] 如图1所示，为现有技术的列车供电回路主电路原理图。在电力机车的列车供电 系统的主电路单元中，为了可靠性其包括独立的第一供电回路和第二供电回路。它们电路 原理大同小异。如图1所示，单相交流输入（a7-x7,额定电压AC860V)，经真空接触器KM与 快速熔断器FU到单相整流桥（VI、V2为二极管，V3、V4为晶闸管），通过滤波电抗器L和滤 波电容器C滤波后输出DC600V。在该回路中，同时设有控制用电压传感器SVl和SV2。直流 输出侧还设有接地检测用电阻网络（由R1、R2和R3组成）和接地检测用电压传感器SV3。
[0032] 这里使用真空接触器是为了用于远距离接通和断开中、低压频繁起停的6kV、 380V(660V、1140V)交流电动机。在工作时，真空接触器利用真空灭弧室灭弧，用以频繁接通 和切断正常工作电流。一般地，低压真空交流接触器适用于交流：50HZ，额定电压：1140V， 额定电流：63至630A的馈电网络，供远距离接通和分断电路，以及频繁起动和停止交流电 动机之用。特别适宜与各种保护装置配合组装成隔爆型电磁起动器。
[0033] 真空接触器主要由真空灭弧室和操作机构组成。真空灭弧室具有通过正常工作电 流和频繁切断工作电流时可靠灭弧两个作用。但不能切断过负荷电流和短路电流。操作机 构是由带铁芯的吸持线圈和衔铁构成。线圈通电，吸引衔铁，接触器闭合；线圈失电，接触器 断开。吸持线圈一般有直流和交流两种形式。
[0034] 真空灭弧室的外壳用玻璃或陶瓷绝缘材料制成，内部的真空度通常在0.0 lPa以 上。由于壳内的空气少，触头开距可以做得很小，电弧也较容易被熄灭。触头材料一般用铜、 锑、锇等合金制成。灭弧室内屏蔽罩的作用是，当分断电流时，凝结触头间隙中扩散出来的 金属蒸汽，有助于熄弧，还可以防止金属蒸汽溅落到绝缘外壳上降低其绝缘强度。动触头与 外壳下端用波纹管连接，动触头可以上下运动又不会漏气。
[0035] 真空接触器是否有故障，可以根据其能否准确无误地合闸、分闸并可靠地保持在 合闸、分闸位置来判断。主回路方面的故障，可以从接触器例行的检修和维护中发现并排 除。主要的常见故障包括不能储能、无合闸动作、空合、不分闸等。不能储能是真空接触器 较常见的故障之一，特别是棘轮、棘爪驱动的储能机构，故障概率较高。储能机构要完成储 能动作，主要取决于储能电动机、驱动机构、定位件这3个环节。紧紧抓住这3个环节，很容 易找出故障的症结。发生无合闸动作故障，主要与合闸电磁铁是否吸合、储能是否到位、定 位件动作是否正常有关。有合闸动作但合不上闸称之为空合，在分析此类故障时，首先应从 合闸保持（锁扣）入手分析，然后再分析是否与储能部分有关。对于不分闸情况，在此需强 调指出，接触器发生拒动、空合等情况时，在分析检修接触器主体之前，要充分判断一下原 因是否出在控制及二次元件如辅助开关、端子排等方面，然后再进行接触器的分析诊断。
[0036] 由于列车供电系统采用的功率元件及直流负载电阻与交流阻容保护均会产生热 量，需要强制通风，因此设置散热单元来进行保护。本发明设置了两台由机车逆变器供电的 三相交流通风机Ml，M2,担负着通风散热的任务。
[0037] 在控制单元中，供电控制系统给定延时积分环节的预置值与电压反馈信号比较， 进行调节器运算得出晶闸管的触发角，通过同步处理与功率放大环节控制晶闸管的触发脉 冲模块，经隔离处理控制晶闸管的开通。为提高供电控制系统的可靠性，设置了 A/B两组完 全相同的控制子系统进行冷备份冗余，某一组故障时由机车司机通过外部转换开管切换到 另外一组工作。
[0038] 下面，以HXD3C电力机车列车供电控制装置为例进行详细说明。
[0039] HXD3C电力机车列车供电控制装置安装在HXD3C电力机车列车供电柜上部。机箱 内主要安装各类控制插件，各插件间的信号传递采用背板连接。
[0040] 供电控制装置采用5. 08系列、高6U、长60R(R = 5. 08mm)的定制机箱，上部扩展对 外连接插座、转换开关、隔离开关等。机箱内部安装6U标准结构插件，除开关电源插件面板 宽度为12R(R = 5. 08mm)外，其余插件均为4R。
[0041] HXD3C电力机车列车供电控制装置内插件的数量如下：
[0042]
[0043] HXD3C电力机车列车供电控制装置采用冷备份冗余，由两组功能完全一致的控制 子系统组成，其系统结构框图如图2所示。
[0044] 列车供电柜/客车的DClI