于泳 孙雨 张如意

摘 要：电力机车的电源控制是机车电气系统中的重要环节，一旦发生故障很可能会带来一系列严重后果，因此加强电力机车控制电源系统监测系统的设计具有较强的现实必要性。对此，本文在简要概述电力机车控制电源系统应用现状的基础上，提出了整体设计方案，分析了电源电路和状态显示终端设计要点，最后通过软件系统设计与应用进行实证探析，希望本文研究能够对广大业内同仁提供有益思考和借鉴。

关键词：电力机车；电源控制；监测系统；设计

1 电力机车控制电源系统应用现状

目前，电力机车控制电源应用基本是开关电源技术，其核心机制就是从主变压器辅助绕组或专用绕组获取电源，然后经过全桥DC-DC变换器整流及相关设备处理后，输出110 VDC±5%，静态电压脉动有效值不超过5v，电流大小限制在50 A±10%范围内。尽管这种电源经过了层层改进，但因原理层面的制约，依然存在明显弊端，具体如下：

第一，因采取硬开关方式进行带流开短，电耗较大，热度高且很容易达到自动开关触点；

第二，电路中di/dt最大值能够达到8A/ns，而du/dt最大值能够达到7V/ns，在寄生参数的影响下，非常容易形成强电磁干扰；

第三，充放电监测和保护机制存在漏洞，很容易出现蓄电池过度亏电问题。

但因机车设计方案已经确定，机车生产也已经定型，所以要想完全解决上述问题显然是不切实际的。只有通过对控制电源故障的深入剖析，针对相关问题展开技术改进，并在实际应用中进行完善，才是目前最合理的解决途径。本文所涉及的控制电源监测系统能够有效解决上述问题，通过该系统能够及时发现控制电源系统存在的安全隐患，能够将控制电源系统故障消除在萌芽阶段，有效确保了机车的安全运行。

2 系统设计方案

本文所设计的监测系统主要由两部分构成，一部分是状态采集终端，一部分是状态显示终端。本系统具有非常强的智能化，对使用者没有太高的技术要求和规范限制，在实时监测和全程显示方面具有显著优势。当发生110VDC电源异常、蓄电池回路开路、蓄电池充电回路故障和自动开关50QA故障时，系统会给出报警提示信号，以便机车乘务员及时处理而不至于故障扩大。系统采用电源电气隔离设计、被监测信号高阻接入方式，其本身发生故障时不会干扰机车牵引控制电路正常工作；系统的485总线端口采用四级抗干扰措施来抑制机车强电磁产生的浪涌干扰，保证在强电磁环境下终端之间的正常通信。

系统主要电气性能指标有：

（1）控制电源：110VDC±5%。

（2）蓄电池测试点，≤105VDC±1%时，故障提示指示灯闪烁。

（3）自动开关50QA测试点，≥1.6VDC±1%时，故障提示指示灯闪烁。

（4）显示方式：三位LED數码管，显示误差：±1VDC。

（5）485总线速率：19.2kbps。

2.1 电源电路

电源电路由开关稳压电路与集成稳压电路两组成，通过二次稳压方法来进一步抑制5V电源中的纹波噪声；其次，提高次级输出电压可减小初次级电压比，增加次级绕组匝数，增强次级线圈匝数间磁耦合强度，减小变压器漏感，可降低开关电源热损耗，提高电源转换效率，也有利于抑制纹 波噪声。开关稳压电路采用反激式拓扑结构模式，通过开关变压器TR1与光耦合器U8实现了初次级电气隔离；选用TOP222单片开关电源芯片，芯片集成度高，所用外围元减少，简化电路设计，有利于提高电路可靠性。

2.2 状态显示终端

由图1可知，状态显示终端电路的MCU通过485总线与状态采集模块进行通信，收到状态采集终端的电压数据和报警信号后，由LED显示与报警提示模块显示蓄电池电压值；如送报警信号，LED灯闪烁。

3 系统软件设计与应用

控制电源监测及故障提示系统由状态采集终端与状态显示终端组成，由各自独立单片机控制，并通过RS485总线进行相互之间通信。由于RS485总线采用主从方式进行通信，状态采集终端的单片机定义为主机，状态显示终端的单片机定义为从机。系统软件由状态采集终端控制程序和状态显示终端控制程序组成。

某机务段在韶山SS8型机车上安装机车控制电源监测及故障提示系统34台。在机车中安装使用两年来，采用数字方式设计的系统，具有抗干扰能力强，数据通信准确可靠，故障率极低和安装方便的特点。系统对控制电源在线状态检测，及时发现了控制电源、蓄电池和自动开关存在隐性故障或性能缺陷，通过技术人员维修或更换不良器件，消除了故障隐患，大大改善了机车控制电源工况，提高了机车运行的可靠性。

通过工程实际应用，有效证实了本文设计的控制电源监测系统能够有效解决传统机车控制电源系统在技术层面的问题，降低了机车控制电源故障发生率，确保了机车运行的安全性和可靠性。而本文所设计的系统同样适用于其他型号的电力机车，所有具有非常重要的现实应用和推广价值。

参考文献

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（作者单位：中车大连机车车辆有限公司）