25T供电系统.docx

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25T供电系统

综合控制技术

新造型DCV供电客车采用了智能化综合控制技术，供电系统的转换与控制、空调系统的控制与保护、电源装置的启动与监测等，是基于PLC为核心的智能化控制。

可以在触摸屏上设置车厢号、车辆编号，设置电源和空调机组的保护值，设置制冷、采暖的转换温度，显示逆变器充电器的工作状态、输入输出参数和故障诊断信息；可以记录电源的运行状态和参数、空调机组的工况和运行参数，记录压缩机、电热器的运行时间和电流参数，可以根据温度传感器自动控制空调装置的工况转换；可以记录电气系统内出现的故障；可以通过触摸屏控制其他车辆的电源和空调状态。

综合控制柜使用的PLC及触摸屏为OMRON公司的CM2A-CPU61和NT31，其规格和主要参数为如下：

模拟量输入点：

不少于17点（DC0～10V）

温度输入点：

不少于1点（PT100）

DI点：

不少于24点（DC24V）

DO点：

不少于24点（继电器）

字符、图象类型显示：

不少于20×15个汉字

LCD规格：

不少于320×240点

有效显示面积：

不小于122×92mm

网络监控技术

25T型客车采用新的运行管理体制，即每列车只设一个乘务员，因此除对客车供电系统的可靠性和安全性提出更高要求外，还要实现无主式网络监控。

25T列车采用LONWORKS网络技术，实现了无主式网络监控。

所谓无主式网络监控是指在任何一个车厢都能对全列其他车厢进行监控，而监控的概念包含监视和控制两个功能。

监视功能包含对本车电气系统信息的监视和对他车电气系统信息的监视。

由于控制和保护装置安装在车辆不同的位置，因此为便于乘务人员的检查，在综合控制柜的触摸屏上集中显示本车的供电状况和供电参数、空调系统的运行工况和运行参数、轴温报警器每个轴位的轴温信息、防滑器的工作状态和信息、车门的状态、烟火报警器的工作信息、车下逆变器充电器的工作状态和运行参数等。

可以在任何一节车厢对他车的电气系统进行监视，监视的内容与本车显示内容一致。

在触摸屏上，乘务人员除可以控制本车的供电转换和空调运行状态，还可以对全列其他车厢的空调和供电进行控制。

列车除了实现电气系统的无主式监控外，还在工程师室设置了主控站。

其主要功能是：

将全列车每个车厢的供电系统信息集中到工程师室内显示；将供电系统的各种参数信息和故障信息集中存储在数据记录卡，到地面计算机进行转存，以便检修和日常管理。

主控站还对机车供电电源的输出参数以曲线的形式显示出来，使乘务人员在客车上能对机车电源的输出进行直观的分析和判断。

车辆运行数据无线传输装置

无线数据传输装置综合了LONWORKS网络技术、卫星定位系统（GPS）技术、通用分组无线业务GPRS技术、地理信息系统（GIS）和计算机网络通信技术，将列车电气系统LONWORKS网络上的信息和车下走行部分安全监测故障信息收集起来，通过无线的方式传送到地面数据接收装置，地面数据中心的应用程序将车辆信息解析后形成数据库，供用户使用。

用户根据自己的权限，可登录固定的网站，查看所属列车运行的当前信息和历史数据。

这些数据包括每节客车所处的供电电源回路、电源电压、总电流、空调状态、电热器状态、车厢室内温度、轴温报警器工作状态、防滑器工作状态、烟火报警器、逆变器充电器、车门等的状态；可以查询车辆安全运行系统诊断的故障信息；可以显示列车的其始和终止时间、当前时间、运行区间、累计运行里程等信息；可以根据GPS信息，建立车辆动态运行电子地图。

车辆运行安全监测系统

车辆安全运行检测系统采用LONWORKS网络技术，整个网络分为车辆级网络和列车级网络。

车辆级网络主要包括：

通过安装在转向架和车体上的传感器，对车辆运行品质进行检测，综合判断车辆走行部分是否正常；通过安装在制动回路的传感器，对制动系统进行检测和控制，综合判断制动系统是否正常；通过防滑器获取检测系统运算所须的速度信号等。

列车级网络是将全列检测单元连接在一起，对车辆运行品质进行综合判断，并在主控站对系统参数进行记录处理，及时将发生的故障信息传递到无线数据传输装置，发回地面监控中心。

电源供电转换功能

综合控制柜的供电电源分两路供电，通过电源转换开关可设置“停”、“自动”、“试验Ⅰ路”和“试验Ⅱ路”位。

空调机组控制功能

通过空调工况转换开关可将空调机组控制设置为“自动”、“试验冷”或“试验暖”位。

空调工况转换开关置于“自动”位

自动控制功能应符合《铁路客车综合控制柜技术条件》要求。

空调工况转换开关置于“试验”位

PLC因故障停止工作时，可将空调工况转换开关置于“试验暖”或“试验冷”位，手动控制空调机组运行。

“试验冷”可实现强通风、半冷和全冷工况；“试验暖”可实现弱风、半暖和全暖三种工况。

照明控制功能

照明控制采用手动控制，照明采用DC110V供电。

照明控制开关设在乘务员室内（特殊要求除外），通过控制开关可实现车内照明的控制。

网络功能

本车轴温信息、防滑器信息、车门状态信息、烟火报警器信息等通过网络连接，在触摸屏上集中显示。

列车设两路双绞屏蔽网络线，通过综合控制柜内网线转换开关与柜内网关连接，可实现全列集中监视和控制。

通过网络实现全列监视，即在任何一节车厢的触摸屏上可以查看其它车厢的供电、空调、轴温信息、防滑器信息、车门状态信息、烟火报警器信息等设备的运行状态及参数。

通过网络实现全列集中控制，即在任何一节车厢的触摸屏上可以控制其它车厢的供电和空调运行。

控制要求

·逆变器

逆变器1、2正常工作模式：

当+130、-130有正常电压输入时，逆变器准备工作，当+603、-603有正常电压输入时，逆变器工作，按VVVF软起动至50Hz，恒频恒压输出，启动时间应不大于15s；如果正常，201、203有输出，如果故障则301、303有输出。

逆变器应有过分相区后自动软启动功能，两次启动输出延时的间隔时间为55s～60s。

逆变器1、2相互热备，当某一台逆变器发生故障造成停止输出时，另一台逆变器应同时停止输出，如果是可恢复故障，两台逆变器应自动重新启动；如果是不可恢复故障，应先使211逆变器减载信号有输出，然后延时30s进行热备转换，正常的逆变器重新启动。

·充电器

当+130、-130有正常电压输入时，充电器准备工作，当+603、-603有正常电压输入时，充电器工作，输出软起动至正常电压，如果正常，202有输出，如果故障则302有输出。

过无电区自动软起动。

充电器内部通过隔流二极管与蓄电池母线并联，可以按照TA、TB、TB所接PT100传感器自动进行充电电压的温度补偿。

欠压控制板（或欠压继电器）由D+、-110供电，欠压（90-92V）时欠压继电器有源触点断开311无输出，正常（96-98V）时欠压继电器有源触点闭合311有输出。

·网络功能

充电器箱内装有LonWorks/RS-485网关，通过内部RS-485网络与逆变器1、2和充电器连接，通过LonWorks与车辆总线连接，按统一的通信协议联网通信。

应急情况对策

（1）直流母线电压低。

由于长时间放电或某些车辆蓄电池故障，致使直流母线电压低于77V，很多控制电器无法吸合工作，此时可以断开大部分车辆的控制系统，只保留个别或少数车辆控制系统工作，在DC600V输入正常的情况下，使该车的充电器能够启动工作，对该车蓄电池进行充电，当电池电压升到88V以上时，再逐个开启其他车辆的充电器。

如果蓄电池电压低到无法使任何一个充电器工作时，需要依靠外部电池使充电器工作。

综合控制柜基本原理

铁路客车电气综合控制柜在25G客车上已经推广应用，因此25T客车电气综合控制柜许多控制逻辑和控制流程与25G客车相同，不同的是25T客车的电气系统监控更丰富些。

25T综合控制柜从原理上可分为几大功能单元：

电源转换与控制、空调控制、照明控制、蓄电池欠压保护功能、本车网络监视和全列网络监控。

主要特点

．综合控制柜实现了客车电气控制系统的小型化、智能化、集成化和系统化。

．综合控制柜对整车电气系统参数进行实时监测，出现故障时及时进行保护动作，避免了由于保护不及时而引起的严重后果。

．综合控制柜可对轴温、防滑器、烟火报警器、车门的状态进行监视和显示。

．根据《铁道客车配线布线规则》和实际存在的问题，不同系统、不同电压等级、不同电流类别的导线尽量相互隔离，减少相互间的电磁干扰。

．综合控制柜的控制方案以自动为主，同时考虑控制系统故障的应急措施，包括极端情况下的手动应急措施。

DC600V供电客车的供电控制与转换

综合控制柜的电源有两路供电，分“自动”和“试验Ⅰ路”、“试验Ⅱ路”位。

正常情况下，选择开关置于“自动”位，自动控制流程如下：

Ⅰ路、Ⅱ路均有电，设定车厢号后，PLC按照均衡供电原则，奇数号车厢选择Ⅰ路供电、偶数号车厢选择Ⅱ路供电，Ⅰ路和Ⅱ路在软件和硬件上互锁。

如果Ⅰ路有电、Ⅱ路无电，所有车厢PLC通过检测可自动选择Ⅰ路供电，负载减半运行。

如果Ⅱ路重新供电，则偶数车厢PLC通过检测可重新选择Ⅱ路供电。

如果Ⅱ路有电、Ⅰ路无电，所有车厢PLC通过检测可自动选择Ⅱ路供电，负载减半运行。

此时如果Ⅰ路重新供电，则奇数车厢PLC通过检测可重新选择Ⅰ路供电。

④可以通过触摸屏的电源控制菜单和提示选择或转换供电回路。

⑤在Ⅰ路、Ⅱ路都有电，奇数号车厢Ⅰ路供电、偶数号车厢Ⅱ路供电的情况下，如果Ⅰ路（Ⅱ路）电源出现故障（如过压），PLC自动转换到另一路电源供电，同时负载减半运行。

当故障恢复正常，通过触摸屏操作解除故障保护或电源重新供电，通过PLC检测后，PLC自动转换回原供电回路，负载恢复全载运行。

两路供电回路重新供电时，PLC将自动解除保护，转换到原供电回路。

在一路有电，另一路无电，所有车厢都是同一路供电的情况下，如果供电回路出现故障，则PLC停止供电，不进行转换。

在一路正常，另一路存在故障未消除，车厢供电已经进行了一次转换的情况下，如果供电回路再出现故障，则PLC停止供电，不进行转换。

故障排除后，可以通过触摸屏上的“电源控制”菜单，按下“停止供电”或“自动供电”触摸开关解除故障保护。

通过PLC检测后，PLC自动转换回原供电回路，负载恢复全载运行。

⑩故障排除后也可以通过转换开关由“停止”位转换到“自动”位，PLC自动解除保护，转换回原供电回路，通过PLC检测后，负载恢复全载运行。

出现过压故障，恢复正常后，两路供电回路重新供电时，PLC将自动解除保护转换到原供电回路，恢复全载运行。

试验位时，可将转换开关置于“试验Ⅰ路”或“试验Ⅱ路”，人为选择Ⅰ路供电或Ⅱ路供电，此时PLC只进行检测报警，不能进行电源回路的转换。

主电路中接有电流传感器、电压传感器，并设在线绝缘检测装置（6～150mA可调），显示触摸屏上可显示主电路的电压、电流、DC110V母线电压、本车蓄电池电压、电源状态、逆变器输出电压等信息，当某路电源出现过压、绝缘等故障时，显示触摸屏显示故障提示，相应电源故障灯亮。

正常供电时，DC600V电源给温水箱、车下电源箱、客室电热供电，空调负载由一台35kVA逆变器供电；另一台35kVA逆变器向电开水炉、三相变压器等交流负载供电；两台逆变器互相热备份，当一台故障时，向PLC发出半载信号，PLC切换到半载工况，负载由正常工作的逆变器供电；电伴热、交流插座、通风机、水泵、风口调节器等负载由10kVA隔离变压器供电；单相逆变器为音视系统供电。

DC110V电源向照明、车下电源箱控制、轴温报警器、防滑器、水位显示仪等供电。

空调机组控制

25T客车全部采用1T1空调机组，空调机组控制功能与25G客车相同，通过选择开关分别可“自动”、“停止”、“试验暖”、“试验冷”等控制。

1控制过程

正常情况下，转换开关选择“自动”位；

电源供电开始后，PLC控制空调机组自动进入‘自动’运行，PLC根据车厢里温度传感器检出值与预先设定的制冷、制暖温度值进行比较后，进行空调机组的‘自动’运转，空调机组有六种工况强风、弱风、强风半冷、弱风半暖、强风全冷、弱风全暖。

在制暖工况中，客室电加热器与空气预热器连动。

制冷温度设定值为空调机组从强风半冷工况转入强风工况时的临界温度；制暖温度设定值为空调机组从弱风工况转入弱风半暖工况时的临界温度；

可以根据显示触摸屏上的菜单和提示，强制选择强风、弱风、强风半冷、弱风半暖、强风全冷、弱风全暖等运行方式，此时空调机组不受温度控制。

故障时的对策：

强通风机发生故障时，对应冷凝风机、压缩机停止工作；冷凝风机发生故障时，对应压缩机停止工作；弱通风机发生故障时，对应空气预热器、客室电加热器停止工作；

在“强风半冷”或“弱风半暖”工况下，压缩机或空气预热器运行时发生故障，有故障的压缩机或空气预热器将停止运行，并自动切换到另一组压缩机或空气预热器启动运行；在“强风全冷”、“弱风全暖”工况下，运行发生故障，有故障的压缩机或空气预热器停止运行，保持无故障压缩机或空气预热器继续运行。

空调机组有故障时，的“停空调”停止空调运行，故障排除后，再按下后，PLC通过检测可以重新启动空调机组。

故障排除后通过按下显示触摸屏上的“启空调”使空调机组重新运行也可以通过空调转换开关由“停止”位转换到“自动”位，空调机组自动转换到“自动”运行状态，通过PLC检测后，空调机组恢复运行。

试验时，可将转换开关置于“试验冷”或“试验暖”，人为选择制冷工况，启动强风、冷凝风机或制暖工况启动弱风，在适当延时后再合上启动压缩机或启动加热。

此时PLC只能对空调机组进行监测，不进行保护动作。

空调机组主回路中接有电流传感器，触摸屏上可以显示空调机组的运行工况、压缩机或空气预热器运行状况、累计运行时间及电流值，可以显示“制冷”、“制暖”设定温度值。

当机组出现过载、过流、缺相及三相不平衡故障时，显示触摸屏显示故障提示状态，相应空调故障灯亮。

空调机组的压缩机及空气预热器按照累计时间运行，半冷或半暖时累计时间少的机组启动运行，运行2小时后自动转换到另一机组交替运行。

累计运行时间多的机组达到9997小时后，同一空调两台机组运行时间同时减去一定时间，保证两台机组累计时间差不变。

2保护与故障诊断

综合控制柜具有完善的故障诊断、保护功能；热继电器、过流继电器与电子保护并存。

由于PLC的模拟量输入点数有限，并考虑到空调机组中通风机、冷凝风机负载较小，重点保护压缩机（空气预热器）负载，因此通风机、冷凝风机负载只用热继电器保护；压缩机（空气预热器）负载除了电子保护外，压缩机还有过流继电器保护，空气预热器还有熔断器保护，形成两级保护。

由于空调机组的制暖工况和制冷工况不会同时存在，因此空调机组中的压缩机和空气预热器共用三个单相电流传感器，对压缩机1-1/1-2（空气预热器1-1/1-2）的三相工作电流进行实时采样，分别送入PLC的模拟量输入点，实时与PLC中预先设定的压缩机（空气预热器）额定电流值进行比较、判断，对压缩机（空气预热器）的工作实时进行报警或保护。

PLC对空调机组的保护功能有：

压缩机（空气预热器）过载保护、过流保护、三相电流不平衡保护、缺相保护。

保护原理如下：

半冷（半热）工况空调机组主回路中三相电流传感器所测得的是压缩机1或压缩机2（预热器1或预热器2）的三相电流值（即单台压缩机或单台空气预热器的电流值）；综合控制柜上触摸显示屏显示的电流为空调机组中单台压缩机或单台空气预热器的电流值，

压缩机（预热器）过载保护

电流传感器检测的压缩机（预热器）三相工作电流中某相电流为PLC中设定的压缩机（预热器）电流值的1.5倍并持续1min，将对压缩机（预热器）进行过载保护，切断相应负载电源，触摸屏将显示相应压缩机（预热器）过载的故障信息并记录。

压缩机（预热器）过流保护

当检测到压缩机（预热器）某相电流为PLC中设定电流值的2.0倍并持续2s，将对压缩机（预热器）进行过流保护，切断相应负载电源，触摸屏将显示相应压缩机（预热器）过流的故障信息并记录。

压缩机（预热器）三相电流不平衡保护

当检测到压缩机三相电流值最大（或最小）值与平均值的偏差大于15%时，将在10s左右切断压缩机电源进行保护，触摸屏显示相应压缩机三相电流不平衡的故障信息并记录。

当检测到空气预热器三相电流值最大（或最小）值与平均值的偏差大于20%时，触摸屏显示出相应预热器三相电流偏载的报警提示，但空气预热器仍可继续工作；当偏差大于等于30%时，将在10s内切断相应预热器电源进行保护，触摸显示屏显示出三相电流不平衡的故障信息并记录。

压缩机（预热器）缺相保护

当检测到压缩机（预热器）某一相电流小于2A，将在2～5s内切断压缩机（空气预热器）电源进行缺相保护，触摸屏显示出相应压缩机（空气预热器）某相缺相的故障信息并记录。

压缩机启动电流较大，如果在启动时PLC将检测到的工作电流与设定电流值进行比较判断，会造成PLC误报警，因此应避开了启动电流这段时间。

延时一段时间再进行过载、过流、三相电流不平衡故障判断。

空调机组自动全工况（全冷或全暖）运行空调机组在全工况运行时，机组主回路中三相电流传感器所测得的是空调机组中压缩机1和压缩机2（预热器1和预热器2）总的三相电流值（即两台压缩机或两台预热器的总电流值），因此全工况时发生过载、过流、三相电流不平衡、缺相故障时，不易分清哪个机组发生故障。

PLC采取以下逻辑判断出空调机组中具体哪一台压缩机（预热器）发生故障：

PLC通过程序控制将空调机组中的压缩机1或2（预热器1或2）停止工作，使空调机组处于半工况状态，然后对仍在运行的压缩机2或1（预热器2或1）工作电流进行检测判断。

如此时工作电流正常，即可判断已停止工作的压缩机1（预热器1）发生故障；如此时工作电流仍不正常，则可判断正在运行的压缩机2（预热器2）发生故障，切断其工作电源，然后重新延时启动前面停止工作的压缩机如果这组压缩机（预热器）也存在故障，PLC即可检测判断。

空调机组试验位半工况（“试验冷”或“试验暖”）运行

空调机组在“试验冷”或“试验暖”工况运行时，PLC只是通过电流传感器监测压缩机（预热器）的三相工作电流，压缩机（预热器）过载、过流、三相不平衡、缺相故障的判断方法与空调机组全自动半工况运行故障判断方法相同，但当压缩机（预热器）发生上述故障时，触摸屏上只显示相应故障信息，PLC不能进行自动切断故障负载电源。

此时压缩机（预热器）由过流继电器和熔断器进行过流保护。

车辆网络与列车网络

25T客车采用LONWORS网络技术，实现全列车的无主式监测和控制，技术上适应了网络监控技术的发展，在运用上则考虑新的运行机制下，列车乘务人员在任何一个车厢内，都能对全列其他车厢的供电和空调进行控制，也能监测到其他车厢的轴温、防滑、烟火、车门和车下电源的运行参数。

新造25T型客车监控系统包括本车网络即车辆级网络和列车级网络，用于集中监视、控制、显示和记录车辆供电、空调、防滑、轴报、车门和逆变器等设备的工作状况和参数。

车辆级网络实现对本车的供电系统、空调控制、轴温报警器信息、防滑器信息、车门状态信息、逆变器（DC600V车）、充电器的集中监控，控制核心为PLC，车辆的运行参数和故障诊断信息显示在触摸屏上。

列车级网络实现车对车的无主式集中监控，即在任何一辆客车上均可对其他车辆的供电系统和空调系统进行控制，可以查阅其他车辆的轴温、防滑、逆变器充电器、车门状态和故障诊断等信息。

系统功能

·触摸屏

触摸屏是人机接口，其主要功能包括：

⑴显示本车各设备的主要工作状态和工作参数，行车里程，车号；

⑵对本车供电和空调进行控制；

⑶全列监控功能：

可查询它车各设备的主要工作状态和工作参数，对它车供电和空调进行远距离控制。

·PLC

PLC负责本车供电和空调设备的控制和接受网络信息执行网络控制命令；检测本车电流、电压、温度等参数；实施过压、过流等故障保护。

·代理节点

DL-II代理节点负责车辆级Lon网信息的整理以及列车级和车辆级Lon网信息的传递，供触摸屏进行显示，相当于车辆的信息‘调度员’。

·WG-II网关

车辆级LonWONKS网上的各个网关均由“WG-II网关”构成，但接口形式和软件配置各不相同。

每个网关相当于一个‘翻译’，将不同设备的信息编辑成统一的语言送到车辆级LONWORKS上以共享。

表格1是各个网关的连接的对象、作用及接口方式。

表格1

序号

名称及用途

配套设备

备注

1

PLC网关：

负责将供电、空调系统的状态和参数传递到网络上。

PLC

2

防滑器网关：

负责将防滑状态、故障信息传、速度、里程等递到网络上。

防滑器

3

轴报器网关：

负责将车厢轴温数据传送至网络上。

轴报器

4

车门网关：

负责将车门状态、故障信息传送至网络上。

车门

控制器

1位端、2位端门控器内各一个。

5

烟火网关：

负责将烟火报警器及传感器的状态信息传送到网络上

烟火

报警器

CA车没有

6

充电器逆变器网关：

负责将逆变器及充电机的状态、参数、故障信息传送至网络上。

充电器/逆变器

车下充电器箱内

监控内容

·供电系统

车厢供电回路、供电电压、供电电流、供电故障、漏电流；母线电压、电池电压及充、放电电流；控制车厢的供电转换和停止。

·空调系统

车厢温度、空调运行参数、空调机组的运行状态、故障状态；控制车厢空调的运行和停止。

·逆变器及充电器

运行状态、主要输出参数、故障状态。

·轴温及防滑

每节车的轴温信息及状态、防滑信息及状态。

·车门

前后两个车门的状态信息及故障代码。

·烟火报警

每个车厢烟火报警器的状态、传感器的状态信息。

LonWorks技术简介

LonWorks是美国Echelon公司1992年推出的局部操作网络,最初主要用于楼宇自动化,但很快发展到工业现场网。

在铁路行业中，列车车厢间信息通信和自动化控制等也采用LonWorks技术，如国外ECP重载货物列车已成功地运用LonWorks技术实现列车间通信和自动控制的目的；在国内自1998年开始自主开发LonWorks铁道客车车载监控网络，已装备和投入北京局高质车（北京-上海T20/21）、25G型DC600V空调车、19K高级软卧车等。

5.525T型客车监控系统示意图（网络拓扑图）

电气监控系统主控站与数据无线传输

25T型客车具有网络监控功能，通过列车级监控系统可以实时查询全列所有客车的供电系统、空调系统、车下电源、防滑器、轴报器、车门系统、烟火报警器等系统的状态和信息并能对全列进行电源转换控制、空调机组控制。

监控系统主控站具有运行数据记录功能，运行数据记录在监控主机的存储卡中，数据可以通过地面软件读出，并形成数据库保存在计算机中。

数据无线传输装置

25T客车在主控站内安装了运行信息无线传输装置。

无线传输装置将列车运行的主要信息，通过无线的方式发送到地面监测中心的网站上，用户可以通过登陆网站的方式，即时查看列车运行信息。

25T客车无线传输装置为WX-II型。

系统投入运用后，用户可登陆四方车辆研究所的网站，根据提供的帐号和密码查询用户管理权限范围内的车辆，查看运行的当前信息和历史信息，并可将其下载。

用户可在、网站上动态查询车上的电源工作电压，总电流，漏电流，室内温度，电池电压，整流电压，充放电流，空调工况，供电信息，运行里程，地理位置，防滑器，轴温报警器，塞拉门，烟火报警器等的工作状态信息，根据GPS定位信息，可以直观地查看车辆运行在线路上的位置和运行区间。