SS4B型電力機車直流電源柜技術改進

吳昊 趙海生 劉康寧

（國能鐵路裝備有限責任公司滄州機車車輛維修分公司 河北省滄州市 061113）

1 概述

SS4B型電力機車直流電源柜是機車系統中一個重要的模塊單元，它除了給機車上的蓄電池充電之外,還給機車提供穩定的直流110V 工作電源,為機車控制系統提供工作電源。其可靠性關乎機車系統的安全和運用效率。SS4B 電力機車直流電源柜在實際運用中出現許多問題，具體如下所述。

（1）許多的關鍵器件依賴進口，且某些器件已經停產，導致器件價格高，貨期長。

（2）器件和模塊存在發熱量大、轉換效率低，容易損壞，單一器件故障后導致機車電源柜無法正常工作，造成機破事故。

（3）故障后，器件和模塊更換時間長，需要停車檢修，增加了運維工作量。

（4）蓄電池需要頻繁的進行檢修維護，無法做到智能化狀態監測。

為解決上述痛點，在不改變原有SS4B 電力機車直流電源柜安裝結構及電氣接口的前提下，設計了一套結構及信號接口兼容的110V 直流電源柜，直接與原SS4B型電力機車直流電源柜進行整機替換，保證原有功能均可正常使用。本文將對110V 直流電源柜技術改進設計進行詳細闡述。

2 110V電源柜系統總體設計

SS4B 電力機車直流電源柜是A/B 雙節重聯機車，其110V 直流電源柜主機分別安裝在A/B 節車內，安裝結構，電氣布局方式完全相同。

2.1 110V直流電源柜技術改進系統拓撲說明

110V 直流電源柜由3 個AC/DC 電源模塊、2 個DC/DC 電源模塊，1 套蓄電池監測模塊，1 個DC/AC逆變電源模塊和1 個監控模塊組成；110V 直流電源柜系統拓撲詳見圖1所示。

圖1：110V 直流電源柜系統拓撲圖

2.2 110V直流電源柜技術改進柜體及設備安裝說明

110V 直流電源柜在保證機車安裝結構不變的情況下，將原有分立的變壓器，濾波器，可控硅及輔助控制板等組成的柜體替換成由3 個AC/DC 電源模塊、2 個DC/DC 電源模塊和1 個系統監控模塊組成，并額外增加2 套蓄電池監測模塊和1 個DC/AC 逆變電源模塊，進一步的加強110V 直流電源柜的工作性能。

（1）3 個AC/DC 模塊，2 個DC/DC 模塊和1 個DC/AC 逆變模塊統一安裝在110V 電源柜(低柜)處，分上下兩層安裝。上層安裝3 個AC/DC 模塊和2 個DC/DC 模塊，下層安裝DC/AC 逆變電源模塊。

（2）1 個監控模塊安裝在110V 電源柜（高柜）上層，中層主要是低壓配電部分，提供庫內充電轉換、110V輸出電壓配電、交流輸入輸出及對外輸出斷路器、電器裝配組件等。在110V 直流電源柜（高柜）的最下方提供專供外部接線所使用的接線端子。

2.3 110V直流電源柜技術改進總體電氣參數說明

見表1。

表1：110V 直流電源柜總體電氣參數

2.4 AC/DC電源模塊技術改進電氣參數說明

通過對SS4B 電力機車直流電源柜工作原理分析，對AC/DC 電源模塊進行設計改進，改進后的AC/DC 電源模塊將單相396V 交流電變換為隔離的110V/30A 直流電，通過3 個模塊的并聯、均流的方式擴大系統電源容量。當系統任意一個模塊故障后，不會影響其他模塊的工作，保證系統穩定性，還可以在帶電的情況下更換故障模塊。主要技術參數如表2所示。

表2：AC/DC 電源模塊主要技術參數

2.5 DC/DC電源模塊技術改進電氣參數說明

原SS4B 電力機車直流電源柜上的DC/DC 電源模塊是通過冷熱備份來進行工作，當其中一路出現故障后，需要手動進行開關切換來完成故障模塊的退出。通過對DC/DC 電源模塊進行設計改進，當模塊出現故障或其他異常問題后，可自動退出工作，備用模塊自動切換工作。防止其他設備因斷電導致執行錯誤的命令。同時他具有熱插拔功能，可以在帶電的情況下更換故障模塊。主要技術參數如表3所示。

表3：DC/DC 電源模塊主要技術參數

2.6 DC/AC逆變電源模塊技術改進電氣參數說明

原SS4B 電力機車電源柜不具備在交流輸入斷電情況下，提供交流220V 輸出功能，通過對機車使用情況分析，在110V 電源柜中增加一個DC/AC 逆變電源，為機車上的生活用電提供交流220V 工作電源，為方便對模塊進行更換，采用拔插式的結構進行設計改進。通過連接器可以快速的更換故障模塊。下層安裝DC/AC 逆變電源模塊的輸出電壓為AC220V，輸出功率為2000W，為機車上的生活用電提供工作電源（如：微波爐，電冰箱，燒水壺，手機充電器等設備），主要技術參數如表4所示。

表4：DC/AC 逆變電源模塊主要技術參數

2.7 蓄電池監測模塊技術改進電氣參數說明

蓄電池作為鐵路車輛的必備儲能設備，在機車運行中發揮著重要作用，但在實際運行中，會遇到鼓包，虧電，充不了電等諸多問題，嚴重時，會照成機車無法啟動工作。這就需要后勤保障人員不定期的例行檢查；而且因安裝位置不方便拆卸及電池數量居多等情況，導致工作量巨大。結合原SS4B 電力機車電源柜不具備蓄電池巡檢模塊對機車蓄電池使用情況進行分析，因此設計了一套蓄電池巡檢模塊，實現對蓄電池的單節電池電壓、內阻、溫度監測，進一步提升動力電池系統能量密度，降低蓄電池使用維護成本。主要技術參數如表5所示。

表5：蓄電池監測模塊主要技術參數

2.8 監控模塊技術改進說明

監控模塊是對改進的110V 直流電源柜上的AC/DC模塊、DC/DC 模塊，蓄電池監控模塊，DC/AC 逆變電源模塊進行監控、管理、數據存儲和數據下載等功能。對各模塊的各種工作狀態、參數和故障進行顯示和設定。

3 110V直流電源柜技術改進的效果

（1）用戶可根據需要對蓄電池組進行充電參數設置,其內部的設定的充電程式，保障充電電流和電壓穩定,保證了充電質量和充電效率。

（2）比普通充電機充電速度快2 ～5 倍，他具有充電模式,智能調節充電電流，并設有電池修復及浮充功能，可實現對不同型號電池進行智能充電。不過充、不欠充、可延長電池壽命。

（3）充電效率高，比常規充電節能10%～25%。

（4）靈活的人機對話功能和人機交互界面，滿足實時工作狀態顯示及各種參數的設置和信息查詢功能。

4 結語

SS4B型電力機車直流電源柜進行技術改進后，改善了設備充電性能，特別是充電效果顯著，比常規充電節能、充電時間縮短、可延長電池壽命、每年節約電費顯著等功能；新設計的110V 直流電源柜，解決其在故障后不方便進行更換，防機破等故障問題，并使SS4B電力機車安全運行可靠性大幅度提高，提高了工作效率,有利于機車安全運行生產。