本實用新型涉及一種電源，具體涉及鐵路客車DC600V地面電源，屬于鐵路客車供電技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

現(xiàn)在國內(nèi)生產(chǎn)的電力機車供電制式為DC600V，并逐漸取代其它機車，為適應(yīng)電力機車供電制式，鐵路總公司不斷加快對既有客車不斷更新?lián)Q代，國內(nèi)生產(chǎn)的供電制式為DC600V的25型新型客車逐漸取代其它型號客車成為主型客車，供電制式為DC600V的客車進入客整所運用檢修必須由專門的DC600V地面電源進行供電。

現(xiàn)有技術(shù)的鐵路客車供電電源穩(wěn)定性差，可靠性低、功能單一，不利于電源容量的擴充。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)的鐵路客車地面電源的電源穩(wěn)定性、可靠性低和電源精度低，供電功能單一，不利于后續(xù)工作中的電源容量的擴充的問題。

本實用新型的技術(shù)方案是：鐵路客車DC600V地面電源，包括整流箱變和集中控制臺，所述整流箱變內(nèi)包括兩條結(jié)構(gòu)相同供電線路，所述供電線路包括依次連接的進線柜、變壓器柜、整流柜和L-C-R柜，所述集中控制臺上設(shè)有轉(zhuǎn)換開關(guān)，所述進線柜為電源線路的輸入端，L-C-R柜的輸出端為電源線路的輸出端，兩條供電線路的L-C-R柜分別與集中控制臺建立雙向通信連接。

所述L-C-R柜內(nèi)的直流線路上設(shè)有LC濾波電路和濾波電抗器。

所述L-C-R柜內(nèi)設(shè)有絕緣檢測裝置和PLC控制器，絕緣監(jiān)測裝置包括若干直流恒壓源和若干檢測負(fù)載，直流恒壓源的輸出端分別連接L-C-R柜內(nèi)的直流電路的兩端，檢測負(fù)載分別設(shè)在L-C-R柜內(nèi)直流線路的正極端、負(fù)極端和正負(fù)極之間，PLC控制器與檢測電阻建立連接，為監(jiān)測設(shè)備及電纜的絕緣強度，防止在有接地故障的情況下輸出直流電源，系統(tǒng)增加絕緣監(jiān)測裝置，在設(shè)備使用前先對正極、負(fù)極和正負(fù)極間進行絕緣檢測，絕緣合格后才可以啟動設(shè)備。

所述L-C-R柜內(nèi)設(shè)有接地監(jiān)測裝置，接地檢測裝置包括第一電阻、第二電阻、第三電阻和電子監(jiān)測繼電器，第一電阻和第二電阻串接在L-C-R柜內(nèi)的直流電路上，電阻監(jiān)測繼電器通過第三電阻連接在第一電阻和第二電阻之間。

所述L-C-R柜內(nèi)的直流電路中性點通過電阻接地。

所述轉(zhuǎn)換開關(guān)為滅磁開關(guān)，由于2套電源在相互轉(zhuǎn)換時采用手動操作轉(zhuǎn)換開關(guān)來實現(xiàn)，在實際操作時可能出現(xiàn)人為的操作錯誤及容易對人造成傷害。為解決以上問題，將轉(zhuǎn)換開關(guān)改為滅磁開關(guān)，使用滅磁開關(guān)后可以實現(xiàn)電動轉(zhuǎn)換，并增加了電氣聯(lián)鎖機構(gòu)，進一步提高了設(shè)備的安全性和操作的方便。

所述整流柜內(nèi)包括三相全橋整流電路，全橋整流電路具有動態(tài)響應(yīng)快、調(diào)整及時，輸出直流脈動小等特點。整流電路前側(cè)裝有快速熔斷器，可保護可控硅元件，使故障不至于擴大。

所述鐵路客車DC600V底面電源包括控制箱和若干插座箱：所述整流箱變的輸出端分別連接控制箱的輸入端，控制箱的輸出端通過插座箱連接客車車體。

所述插座箱內(nèi)裝有KC20D型電力連接器插座，所述插座箱的箱門上設(shè)有限位開關(guān)。

本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下效果：本實用新型的鐵路客車DC600V地面電源主用途是供電力機車進站后的供電，對客車的試驗及檢修提供電源，DC600V地面電源采用站內(nèi)的AC380V交流電經(jīng)過隔離變壓器轉(zhuǎn)換為三相的交流500V,然后通過三相全控橋整流成DC600V直流電，通過插座箱向客車供電。本電源由2套獨立的系統(tǒng)組成，可同時向2列機車車輛供電，并且兩套電源通過轉(zhuǎn)換開關(guān)進行轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)互為備用。本實用新型運行安全可靠，具有運行穩(wěn)定操作簡單的特點，具有良好的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，具有廣闊的應(yīng)用范圍和可拓展范圍。

附圖說明

圖1、本實用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2、本實用新型整流箱變內(nèi)柜體排列示意圖；

圖3，本實用新型進線柜內(nèi)線路原理圖；

圖4、本實用新型的整流柜內(nèi)線路原理圖；

圖5、本實用新型濾波電路原理圖；

圖6、本實用新型接地檢測裝置電路原理圖；

圖7、本實用新型的整流箱變與控制箱、插座箱和車體的連接示意圖。

具體實施方式

結(jié)合附圖說明本實用新型的具體實施方式，本實施方式的鐵路客車DC600V地面電源，包括整流箱變和集中控制臺，所述整流箱變內(nèi)包括結(jié)構(gòu)相同的第一供電線路和第二供電線路，所述第一供電線路包括依次連接的1路進線柜、1路變壓器柜、1路整流柜和1路L-C-R柜，第二供電線路包括依次連接的2路進線柜、2路變壓器柜、2路整流柜和2路L-C-R柜，所述集中控制臺上設(shè)有轉(zhuǎn)換開關(guān)，所述1路進線柜和2路進線柜的輸入端為電源線路的輸入端，1路L-C-R柜和2路L-C-R柜的輸出端為電源線路的輸出端，1路L-C-R柜和2路L-C-R柜分別與集中控制臺建立雙向通信連接，如圖1和圖2所示。

AC380V電源進線通過進線柜的隔離開關(guān)QS、萬能式斷路器QF、接觸器給變壓器供電，隔離開關(guān)QS具有明顯的斷開點，在設(shè)備檢修時可以對維護人員起到安全保障。電源分、合采用萬能式斷路器QF，同時起到短路保護作用。

直流電源的啟動通過交流接觸器KM控制，啟動方式采用限流啟動，即在啟動開始時在主回路串接啟動電阻，減少啟動時對元器件和電網(wǎng)的沖擊。

本實施方式的電壓器柜內(nèi)變壓器容量的確定方式如下：

已知直流電壓Ud＝600V，直流電流Id＝833A。

副邊相電壓確定：

根據(jù)不同的接線方式和負(fù)載性質(zhì)，并考慮到電網(wǎng)電壓的波動，整流電壓平均值U_d的表達式如下：

$U_d={\mathrm{\ϵU}}_2\frac{U_{d0}}{U_2}\frac{U_{dd}}{U_{d0}}={\mathrm{\ϵU}}_{2}AB$

式中——控制角α＝0°時整流電壓平均值與副邊相電壓有效值之比，根據(jù)整流電路為三相全控橋式的接線方式?jīng)Q定A＝2.34。

——控制角為α?xí)r和α＝0°時整流電壓平均值之比，根據(jù)整流電路的接線方式?jīng)Q定，感性負(fù)載時B＝0.985。

ε——電網(wǎng)電壓波動系數(shù)，根據(jù)規(guī)定，允許電壓波動+5％～-10％即ε＝1.05～0.9。本設(shè)計取ε＝0.9。

故副邊相電壓

式中U_d為輸出直流額定電壓最大值，取U_d＝600V。

取U₂＝289V則變壓器的變比

副邊相電流和原邊相電流的確定：

根據(jù)要求知負(fù)載電流為I_d＝833A,則：

$I_2=K_{I_2}{I}_d$

$I_1=K_{I_1}{I}_d$

式中電流系數(shù)根據(jù)整流變壓器和整流電路三相全控橋式的接法知

$K_{I_1}=K_{I_2}=0.816$

則

$I_2=K_{I_2}{I}_d=0.816\×833=679.7A$

變壓器容量的確定：

變壓器的容量包括原邊容量S₁、副邊容量S₂和平均計算容量S

其中S₁＝m₁U₁I₁

S₂＝m₂U₂I₂

$S=\frac{1}{2}(S_1+S_2)$

式中m₁和m₂——變壓器原邊和副邊繞組的相數(shù)，根據(jù)本設(shè)計中整流變壓器與整流電路的接線方式知m₁＝m₂＝3。

U₁和U₂——變壓器原邊和副邊繞組的相電壓有效值，U₁＝380V U₂＝289V。

I₁和I₂——變壓器原邊和副邊繞組的相電壓電流有效值，I₁＝549A I₂＝679.7A。

則可得：S₁＝m₁U₁I₁＝3×380×549＝625KVA

S₂＝m₂U₂I₂＝3×289×679＝588KVA

$S=\frac{1}{2}(S_1+S_2)=\frac{1}{2}(625+588)=606KVA$

變壓器容量為600KVA

電壓變比為380V/500V

所述L-C-R柜內(nèi)的直流線路上設(shè)有LC濾波電路和濾波電抗器，如圖5所示，本實施方式的濾波電路元件選擇方式包括：

L C濾波器應(yīng)保證的濾波倍數(shù)

$Q_P=\frac{{\mathrm{\ρ}}_0}{{\mathrm{\ρ}}_L};$

式中Q_P——濾波倍數(shù)。

ρ₀——整流后的波紋因數(shù)，三相全波整流時，ρ₀＝0.04。

ρ_L——濾波后的波紋因數(shù)，要求ρ_L＜2％。

則通過計算知：Q_P>2取Q_P＝3。

一節(jié)L C濾波器：

$LC=\frac{Q_P+1}{4{\mathrm{\π}}^2{m}^2{f}^2}\×{10}^6$

式中：m——整流器相數(shù)，三相全波整流時m＝6。

f——電源頻率(Hz),f＝50Hz。

L——濾波電感量(H)。

C——濾波電容量(μF)。

則計算得

電感量取0.8mH；

由于已知LC＝1.13，且L＝0.8mH。

則電容C的計算值為：

$C=\frac{1.13}{L}=1412\mathrm{\μ}F;$

電容耐壓為：U_c＝(1.5～2)U_d＝(1.5～2)×600＝900～1200V；

本設(shè)計取電容C＝4700μF，耐壓U_c＝1000V。

所述L-C-R柜內(nèi)設(shè)有絕緣檢測裝置和PLC控制器，絕緣監(jiān)測裝置包括若干直流恒壓源和若干檢測負(fù)載，直流恒壓源的輸出端分別連接L-C-R柜內(nèi)的直流電路的兩端，檢測負(fù)載分別設(shè)在L-C-R柜內(nèi)直流線路的正極端、負(fù)極端和正負(fù)極之間，PLC控制器與檢測電阻建立連接，所述直流恒壓源，輸出1000V電壓對設(shè)備進行耐壓測量，PLC通過檢測負(fù)載測試的絕緣值進行計算，當(dāng)絕緣電阻≥0.3M時設(shè)備可以啟動。

本實施方式所述L-C-R柜內(nèi)設(shè)有接地監(jiān)測裝置，接地檢測裝置包括第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3和電子監(jiān)測JD繼電器，第一電阻R1和第二電阻R2串接在L-C-R柜內(nèi)的直流電路上，電阻監(jiān)測繼電器JD通過第三電阻R3連接在第一電阻R1和第二電阻R2之間，通過絕緣監(jiān)測裝置檢測線路的漏電流實現(xiàn)對裝置的保護，接地監(jiān)測連接形式如圖所示，圖中電阻的選擇根據(jù)機車在線絕緣監(jiān)測裝置DDJY-I的要求取值為：R9、R10阻值為600Ω,R11阻值為750Ω。

消耗功率為：P1＝U²÷R＝150W

防止電阻發(fā)熱，實際選擇功率為800W，連接形式如圖6所示。

所述L-C-R柜內(nèi)的直流電路中性點通過電阻接地，在DC600V供電客車中新增的DDJY-I型干線在線絕緣監(jiān)測裝置采用了與電力機車相同的測量方法，因此保證DDJY-I型正確應(yīng)用的條件是：DC600V供電電源要采用與電力機車相同的中性點阻抗接地方式。

所述轉(zhuǎn)換開關(guān)為滅磁開關(guān)。

所述整流柜內(nèi)包括三相全橋整流電路，如圖4所示，所述整流電路的可控硅元件的選擇：

晶閘管的額定電壓U_TN：

由于瞬時過電壓會使晶閘管遭到破壞，因此應(yīng)選用晶閘管的額定電壓為其正常工作峰值電壓的2～3倍，作為安全裕量。

U_TN＝(2～3)U_m；

式中U_m——晶閘管在電路中實際承受的峰值電壓，本裝置中整流電路

采用三相橋式，故

(2～3)——考慮操作過電壓等因素的安全系數(shù)。

則

取U_TN＝2200V。

晶閘管的額定電流I_T(AV)：

為使元件不因過熱而損壞，在實際計算中要考慮安全系數(shù)(1.5～2)

則元件的額定電流為：

I_T(AV)＝(1.5～2)K_fb I_dB；

式中K_fb——通態(tài)平均電流計算系數(shù)，三相橋式中K_fb＝0.367。

I_dB——過載電流，I_dB＝βI_d其中β為過載倍數(shù)，取β＝1.5，I_d為負(fù)載電流，即I_d＝833A。

則計算得：I_T(AV)＝(1.5～2)×0.367×(1.5×833)

＝687～917A；

取晶閘管額定電流：I_T(AV)＝1200A。

晶閘管型號為：KP9-1200A/2200V。

快速熔斷器選擇：

選擇快速熔斷器作為交流側(cè)的過電流保護，其計算公式為：

I_K≤I_KR≤1.57I_T(AV)；

式中I_T——晶閘管的額定電流。

I_KR——熔體的額定電流。

I_K——晶閘管的實際工作電流有效值。

通常取I_KR＝I_T(AV)＝1200A,

故選用SK-1000V/1250A型號的快速熔斷器。

所述鐵路客車DC600V底面電源包括控制箱和若干插座箱：所述整流箱變的輸出端分別連接控制箱的輸入端，控制箱的輸出端通過插座箱連接客車車體。在現(xiàn)場設(shè)有控制箱方便用戶現(xiàn)場操作，可以在現(xiàn)場對整流設(shè)備進行絕緣監(jiān)測和啟動、停止、復(fù)位等操作。面板具有各故障信息指示燈。庫內(nèi)控制箱面板具有絕緣阻值顯示儀表。現(xiàn)場控制箱分為帶插座和不帶插座控制箱兩種。

所述插座箱內(nèi)裝有KC20D型電力連接器插座，所述插座箱的箱門上設(shè)有限位開關(guān)，插座箱內(nèi)裝有KC20D型電力連接器插座，每臺插座箱裝有四只插座，其中兩只為有電插座兩只為無電插座。柜門安有限位開關(guān)，限位開關(guān)與主整流箱式變進行聯(lián)鎖，當(dāng)箱門打開時不能對設(shè)備進行送電操作。

電源與車體之間的連接通過JD繼電器的接地端用一根外皮絕緣的導(dǎo)線和DC600V動力電纜一起敷設(shè)到插座箱，在測試時外皮絕緣導(dǎo)線末端用蟹夾連接到車體的金屬裸漏導(dǎo)電部位。在連接和切斷蟹夾時必須先切斷DC600V電源。連接形式如圖7所示。

本實施方式采用PLC控制系統(tǒng)，是整個控制系統(tǒng)的中心，設(shè)備的控制和狀態(tài)均由PLC控制系統(tǒng)來完成，L-C-R柜門裝有觸摸屏，通過觸摸屏可以實施查看設(shè)備的狀態(tài)。設(shè)備在絕緣檢測時在畫面上可以實時顯示正負(fù)極間、正極對地和負(fù)極對地的絕緣電阻值。同時顯示設(shè)備的電壓和電流值。

系統(tǒng)對設(shè)備的故障信息具有存儲功能，通過觸摸屏可以隨時查看設(shè)備的故障信息，并且存有設(shè)備故障產(chǎn)生的原因及處理方法。在畫面上點擊相應(yīng)的按鈕就可以進入顯示窗口。

設(shè)備的歷史報警信息存儲在報警表里，在報警表里可以方便的看到設(shè)備出現(xiàn)故障的日期和時間。

為保證設(shè)備的安全運行，在整流箱變和變壓器內(nèi)裝有溫度檢測裝置，在溫度超溫時進行報警。

記錄曲線對設(shè)備運行的電流、電壓及溫度進行實時記錄，可以方便直觀的查看設(shè)備的運行參數(shù)。

控制系統(tǒng)配有PLC工作狀態(tài)顯示表，在此畫面上可以直觀的查看PLC各個輸入和輸出點的工作狀態(tài)，為設(shè)備的維護提供方便

本實用新型為了能夠更好的提高客整所工作效率和設(shè)備操作性，設(shè)備通過遠(yuǎn)程工作站實現(xiàn)在線時的狀態(tài)檢測，具有完善的自檢功能、故障報警功能、功率補償功能等，通過微機遠(yuǎn)程檢測，如有故障報警將自動切斷電源輸出，在自動檢測方面保證設(shè)備在正常工作狀態(tài)下啟動，同時，設(shè)備具備運行參數(shù)統(tǒng)計、保存、查詢、打印的功能。

鐵路客車DC600V地面電源安全、可靠，具有運行穩(wěn)定操作簡單的特點，為DC600V直供電客車試驗、檢測、安全運行提供了可靠的保證。

鐵路客車DC600V設(shè)備在試驗運行期間，對鐵路客車DC600V供電裝置的各項技術(shù)指標(biāo)進行了監(jiān)測，測試結(jié)果完全符合設(shè)計要求，數(shù)據(jù)表明鐵路客車DC600V供電裝置現(xiàn)場運行穩(wěn)定可靠，操作安全、簡便，滿足DC600V直供電客車試驗、檢修的設(shè)計要求，具備了批量生產(chǎn)安裝、投產(chǎn)現(xiàn)場運用的條件。

隨著中國鐵路的不斷發(fā)展，鐵路客車DC600V配電裝置將會得到越來越多的使用，從傳統(tǒng)的模擬技術(shù)設(shè)計的設(shè)備逐漸轉(zhuǎn)換為數(shù)字化、集成化、綠色化的發(fā)展趨勢。該設(shè)備具有穩(wěn)定性和可靠性高、動態(tài)響應(yīng)快、控制簡單、工作效率高、抗負(fù)載不平衡能力強等優(yōu)點，具有良好的推廣前景。