专利名称：高原铁路客车电气系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种铁路客车，尤其是指一种适用于高原铁路的客车电气 系统。
背景技术：
按照IEC (国际电工委员会)及国家标准，电气设备正常工作的海拔一般 不超过1400m,超过1400m即要考虑介电强度降低和空气冷却效果，而本案所解 决的却是海拔均在2200m以上，甚至大部分超过2800m，最高处甚至超过5000m， 而且是长大区间(海拔超过4000m的区间数百公里)运行条件下的高原铁路客车 电气系统，其面临着低气压、低气温、昼夜温差大、高雷电发生区、强紫外线 辐射、强风沙等恶劣环境条件。
高原的高海拔、低气压使得电气设备的绝缘等级、电气间隙和爬电距离均 需要加大；而高海拔、低气压还使电气设备散热困难问题更为突出；另外，高海 拔还使得雷电发生频率较高。
构建在上述基础之上的整车电气设备也就是整个电气系统需要极高的高性 能、高可靠性、高安全性。而且电气系统是高原客车的重中之重，是高原客车 安全运行的首要条件，是两大难点之一 (另一个为制氧系统)。加之大编组、多 设备、网络控制等的综合运用，使得电气系统成为必须解决的首要问题。
有鉴于此，本实用新型的设计人为解决上述公知技术存在的问题，乃决心 凭其从事本领域多年研发、制造的经验，经多次的开发改良后终于精心设计出 本实用新型的高原铁路客车电气系统。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种高原铁路客车电气系统，以改 善或克服上述高海拔、低气压使得电气设备的绝缘等级、电气间隙和爬电距离 需要加大的问题。
本实用新型要解决的技术问题是提供一种高原铁路客车电气系统，其具 有足够强的防雷击能力，以改善或克服由于高海拔导致的雷电发生频率较高的 问题。
本实用新型的技术解决方案是 一种高原铁路客车电气系统，包括供电单 元、控制单元及网络单元，其中，所述供电单元连接至电力机车或高原发电车， 并向客车输出DC600V电源；所述控制单元包括对本车供电单元、车下电源、空 调、电加热、制氧机工况进行监控的PLC;所述网络单元包括耦接于各设备到 PLC之间以传递数据的各种通信接口，另一方面网络单元的网络接口与客车的 列车总线传递车辆间的信息和命令。
如上所述的高原铁路客车电气系统，其中，所述供电单元包括DC600V电力 传输部分、DC600V开关控制部分、DC600V漏电检测部分、DC600V/AC380V逆变 转换部分、车下充电单元及车内DC110V负栽控制单元，其中:"电力传输部分实 现各车之间电力的传输，DC600V电源通过贯通全列客车编组的相互独立的I路、 II路两路供电干线，分别接入每辆客车的专用综合控制拒；所述开关控制部分 控制本车负载的开关功能，以向全车的用电设备和电气系统供电；所述漏电检 测部分实现本车DC600V漏电值超标自动保护功能；逆变转换部分是通过车下逆 变器将DC600V电源逆变为AC380V的交流电源，向本车交流负载供电；所述车 下充电单元将DC600V电源转换为DC110V电源，给蓄电池充电及本车DC110V负 载供电，并通过全列贯通的DC110V干线实现邻车供电。
如上所述的高原4失路客车电气系统，其中，该开关控制部分还同时设有防 雷击保护单元，且防雷击保护单元采用压敏电阻形式。
如上所述的高原铁路客车电气系统，其中，所述.DC6 00V两路干线独立供电、 分散变流，且各路负载均衡设置。
如上所述的高原铁路客车电气系统，其中，所述控制单元为TKDT型铁路客 车电气综合控制拒，以控制供电I路或II路直流电源的选择、本车各用电负荷 的电力分配及空调机组的控制，该控制拒的盘面上设有三个转换开关电源转 换开关、空调选择开关、端部电热控制转换开关。
如上所述的高原铁路客车电气系统，其中，该客车的车端设39通信芯 控制连接器，连接器中设有一套Lonworks网络电缆，每节车厢从一、二位 端连接器来的网线在控制柜内汇集，拒内装有列车选择I路网线或II路网线 的网线转换开关SA4，使列车网线保持贯通；轴温报警器网关、防滑器网关、 烟火报警器网关、塞拉门网关、制氧机网关、车下电源箱网关通过RS-232 或RS-485通信接口实现PLC到安全记录仪之间、轴温报警器到PLC之间、 防滑器到PLC之间、烟火报警器到PLC之间、塞拉门到PLC之间、制氧机到 PLC、车下电源箱到PLC之间数据传递，并通过P1X触摸屏对车辆的电气件的 运行情况进行监控。
如上所述的高原4失路客车电气系统，其中，所述电气系统还包括制氧控制 单元，该制氧控制单元是指铁路车辆供氧系统的电气控制单元，其控制客车中 制氧机的启停及制氧机系统与空调、烟火报警系统的联锁，所述制氧机的启停 采用工程师车的GPS装置和制氧机上的海拔高度仪的外气压两个信号并联控 制。
如上所述的高原铁路客车电气系统，其中，所述电气系统还包括客车接地 单元，各用电设备的金属外壳和车体间接地，车体和大地间接地，及车厢和车 厢间接地连接。
如上所述的高原铁路客车电气系统，其中，该客车每转向架设有2套接地 装置，每车共4套，车端在车钩两侧各设一条与邻车相连的接地线，采用截面 不小于25咖的铜编织镀锡或镀镍绳式导线，使全列所有编组客车完全处于等 电位状态。
如上所述的高原铁路客车电气系统，其中，所述防雷击保护单元是指客车
DC600V供电单元中i殳置的2个压敏电阻形式的防雷浪涌<果护器串耳关后4妾入 DC600V供电回路，该2个防雷浪涌保护器的公共连接端再经1个气体放电管型 的防雷浪涌保护器接地。
如上所述的高原铁路客车电气系统，其中，所述客车为餐车、硬座车、硬 卧车、软卧车或高级软卧车、旅游观光车。
本实用新型与现有技术相比具有以下优点和积才及效果 1 .可以保障高原客车电气设备长时间持续地安全运行，为乘客的舒适性提 供基础；
2. 大大降低司乘人员的劳动强度和心理压力，改善司乘人员的工作条件；
3. 该电气系统适用范围广，既可在高原使用，又可在平原使用；
4. 该高原客车电气系统可以完好地与既有铁道客车互联、编组；
5. 装有该电气系统的高原客车既可由移动发电车供电，又可由电力机车供电。
图1为本实用新型高原铁路客车的供电单元的电气原理图。 图2为本实用新型高原铁路客车的控制单元电气原理图。 图3为本实用新型高原铁路客车的网络单元电气原理图。 图4为本实用新型高原铁路客车的制氧单元电气原理图。 图5为本实用新型高原铁路客车的转向架接地示意图。
具体实施方式
下面配合附图及具体实施例对本实用新型的具体实施方式
作进一步的详细 说明。
本实用新型的高原铁路客车电气系统，包括供电单元、控制单元及网络单 元，其中，所述供电单元通过电力机车或高原发电车给客车提供DC600V电源，
为车上负栽供电；所述控制单元通过PLC对本车供电单元、车下电源、空调、
电加热、制氧机等工况进行监控；所述网络单元通过各种通信接口传递各设备 到PLC之间的数据，另 一 方面通过网络接口及列车总线来传递牟辆间的信息和 命令。以下本实用新型的各主要组成部分进行详细说明。
所述供电单元是指通过电力机车、高原发电车给青藏客车提供DC600V电 源，直4妄给车上DC600V负载供电；车下逆变器将DC600V电源逆变为AC380V电 源，给本车交流负载供电；车下充电机将DC600V电源转换为DC110V电源，给 蓄电池充电及本车DC110V负载供电。
本实用新型中，该高原铁路客车所增加制氧系统带来的总用电负荷相比平 原客车增加近l倍，客车高原上供电由大功率的高原发电车提供DC600V电源，
通过贯通全列客车编组的相互独立的2路供电干线，分別接入每辆客车的客车 综合控制拒，由综合控制柜控制，向全车的用电设备和电气系统供电。本实用 新型的一具体实施例中，高原发电车由普通发电车的最大负载1000 kW,增加 到平原运行时的2000 kW,高原运行时可输出1450 kW，分別由2套独立的机组 向2路千线供电。客车干线和车端供电连接器的通流能力增加1倍。车下逆变 器将DC600V电源逆变为AC380V的交流电源，向本车交流负载供电，容量由普 通平原客车的2 x 35kVA加大到2 x 5QkVA。车下充电机将DC600V电源转换为 DC110V电源，给蓄电池充电及本车DC110V负载供电。
参见图1，本实用新型的供电单元实施方式及工作原理为 框图A为DC600V电力传输部分，实现各车之间电力的传输。高原客车增加 制氧系统带来的总用电负荷相比平原客车增加近1倍，高原发电车由普通发电 车的最大负载1000 kW,增加到平原运行时的2000 kW，高原运行时可输出1450 kW,分别由2套独立的机组向2路干线供电，客车干线和车端供电连接器的通 流能力增加1倍。DC600V电源通过贯通全列客丰编組的相互独立的2路供电干 线，分别接入每辆客车的专用综合控制柜；
框图B为DC600V开关控制部分，实现本车负栽的开关功能，向全车的用电
i殳备和电气系统供电，同时i殳有防雷击4呆护装置SPD(防雷浪涌"f呆护器)，防雷 击保护单元采用压敏电阻形式，当雷击现象发生时，对线路产生高电压，此时， 压敏电阻将线路中产生的高电压在极短的时间内与均压等电位系统实现短路，
从而防止高电压破坏高灵敏度电气设备；
框图C为DC600V绝缘漏电检测部分，实现本车DC600V漏电值超标自动保 护功能，当漏电值超过设定值时，自动切断供电，同时漏电指示灯亮；
框图D为DC600V/AC380V逆变转换单元，车下逆变器将DC600V电源逆变为 AC38GV交流电源，向本车交流负载供电，容量由普通平原客车的2x35kVA力口 大到2 x 50kVA。
框图E为车下充电单元，DC600V电源转换为DC110V电源，给蓄电池充电 及本车DC110V负载供电，并通过全列贯通的DC110V干线实现邻车供电。 框图F为车内DC110V负载控制单元。
所述控制单元是指通过PLC对本车供电回路、车下电源、空调、电加热、 制氧机等工况进行监控，并通过硬件及/或软件实现自动控制，使整个电气系统 达到最佳工况。参见图2，为本实用新型的控制单元的实施方式。
由于客车空调和制氧系统，实际运行时存在平原冬季、平原夏季、平原春 秋季、高原冬季、高原夏季、高原春秋季的不同模式，高原发电车或客车的逆 变器突发故障情况下，此时综合控制拒可以自动采用不同的供电控制策略，对 客车的负载进行分配，减载或者不减载运行。春秋季节，高原发电车为客车供 电时，高原发电车l套机组工作即l路供电时，输出功率可以满足15辆客车编 组的用电，从运行经济性考虑，发电车1套机组工作，客车供电系统自动判断 不进行减载运行。
本实用新型的一具体实施例中，该控制单元为TKDT型铁路客车电气综合控 制拒，以控制供电I路或II路直流电源的逸棒、本牟各用电负荷的电力分配及 空调机组的控制，该控制拒的盘面上可设置三个转换开关电源转换开关、空 调选择开关、端部电热控制转换开关。
前述网络单元是指通过各种通信接口实现相关设备到PLC之间的数据传 递，另一方面通过Lonworks接口及列车总线实现车辆间的信息和命令传递。
网络单元具有本车网络监控和全列网络监控等功能。其中网络监控包括 制氧、空调、逆变器充电机、防滑器、车门、轴温报警器、烟火报警器、高原 发电车。网络通信数据和硬件信号相互结合，构成相互冗余的控制系统，重要 信息相互共享，保证了系统的可靠稳定运行；同时，将GPS、 GPRS技术与网络 系统结合，实现车、地信息传递。
参见图3，为本实用新型的网络单元的实施方式。该客车的车端设39通信 芯控制连接器，连接器中设有一套Lonworks网络电缆，每节车厢从一、二位端 连接器来的网线在控制拒内汇集，拒内装有列车选择I路网线或II路网线的网 线转换开关SA4,使列车网线保持贯通；轴温报警器网关、防滑器网关、烟火 才艮警器网关、塞^立门网关、制氧才几网关、车下电源箱网关通过RS-232或RS-485 通信接口实现PLC到安全记录仪之间、轴温报警器到PLC之间、防滑器到PLC 之间、烟火报警器到PLC之间、塞拉门到PLC之间、制氧机到PLC、车下电源 箱到PLC之间数据传递，并通过PLC触摸屏对车辆的电气件的运行情况进行监 控。
参见图4，为本实用新型的制氧单元的实施方式，其工作原理为
一、制氧机系统控制与空调、烟火报警系统的联锁
空调系统中，新风风门调节和控制在高原制氧工作时由制氧机系统控制并 提供相应的电源，空调系统与此相关的信号等全部切断。平原工作时，制氧机 系统与此相关的信号等也要全部切断，相互保持电气隔离。
在制氧机准备工作或准备输出富氧空气之前必须先发出制氧机工作信号 (无源常开触点)，表示处于高原制氧工作模式，空调系统通风转到强风模式， 不再对新风门进行调节和控制，而全部交给制氧系统控制，并由制氧机提供新
风调节器的电源和模拟量信号的电源。
空压机启动后，制氧机系统并不能立即输出富氧空气，必须在空调反馈的 循环风才几工作和风压正常(风压开关)信号后，才允许输出富氧空气， 一旦空 调反^t的循环风机工作和风压正常信号失效，必须立即停止输出富氧空气，高
原制氧工作时空调新风调节器反馈的反映新风量大小的模拟量为(0~10V)直 流电压信号，由制氧机系统接收，并通过网络传给综合控制拒PLC，高原时制 氧机系统根据新风量、氧浓度等来控制空调新风。所有氧浓度和新风的调节、 控制和安全保护由制氧机自动控制，并作必要的报警或提示。除此之外，制氧 机系统通过网络将客室氧浓度传给综合控制柜PLC，并进行显示。
从安全角度，只有空调通风正常时，才允许空调预热器和弥散式供氧工作。 为保证空调预热器的散热和弥散式供氧的要求，高原工况下，空调机组由平原 的弱风改为高原强风运行。
如果发生烟火报警、制氧机控制在"集控"模式，制氧系统应关闭进气阀， 停空压机；当制氧机控制在"手动"模式时，制氧系统不响应烟火报警的信号。 若主控站通过网络发送制氧系统全载/半载命令时，"集控"模式运行的制氧系 统依据以下动作逻辑进行a、烟火报警时，制氧系统关进气阀，空压机停机； b、逆变减载时，制氧系统开进气阀，空压机半载运行；c、无风压信号或风压 开关故障时，制氧系统关进气阀，空压机全载/半载运行；d、 DC600V供电只有 一路正常供电时，制氧系统开进气阀，空压机全载/半载运行；当制氧机在"'手 动，，模式运行时，制氧机不执行DC600V减载命令，也不执行烟火报警的网络信 台、
二、制氧机动作过程描述如下
制氧机的启停采用工程师车的GPS装置和制氧机上的海拔高度仪(外气压) 海拔高度仪两个信号并联控制，在两个信号都有效时GPS信号优先，在GPS信 号死区区段由制氧机海拔高度仪控制制氧机的启停，(即GPS的网络信息中应 包括"开、关和无效)在列车到达设定地点后，工程师车的GPS装置发出可以 启动制氧机的信号，并通过网络发给制氧机，制氧机启动点可以在工程师车上 设定。当工程师车通过网络发出高原可以启动制氧机的信号后，制氧机将向空
调系统和网络系统(自动模式)发出工作信号(无源常开触点)，表示处于高原 制氧工作模式，此时，空调系统应开始进入高原工作模式，制氣机启动空压机工 作，随后将向牟厢内供给富氧空气。
为保证客车遭受的雷击大电流能安全的经车体泻入大地，本实用新型中设 有客车接地和防雷保护单元，用电设备金属外壳和车体间接地，车体和大地间
接地，及车厢和车厢间接地连接。参见图5，为本实用新型的客车接地和防雷 保护单元(转向架接地)的实施方式，其中，将普通客车每转向架1套的接地 装置改为2套，每车共4套。为进一步降低雷击和操作过电压对电气系统和设 备的危害，对全列客车布线和接线采用加强屏蔽措施，并增加相邻客车之间的 接地连接，车端在车钩两侧各设一条与邻车相连的接地线，采用截面不小于25 醒2的铜编织镀锡或镀镍绳式导线，使全列所有编组客车完全处于等电位状态。 在供电系统增加防雷浪涌保护器(SPD)，如在客车DC600V供电单元中设置的2 个压敏电阻形式的防雷浪涌保护器串联后接入DC600V供电回路，该2个防雷浪 涌保护器的公共连接端再经1个气体放电管型的防雷浪涌保护器接地，由此提 高安全性和可靠性。
综上所述，本实用新型高原铁路客车电气系统，采用的元气件既适合高原 环境运用，又符合国家基础标准和IEC相关标准。
由上述可知本实用新型的主要组成，而本实用新型的其它结构由于可利用 公知技术来实现，此处不再——赘述。此外，本实用新型并不限于上述举例， 空调^L可以是每辆车装一台，也可以装二台；可以采用DC600V供电，也可以采 用AC380V供电，只不过此时的2x50kVA逆变器由软启动器所替代；列车的编组 可以是15辆，也可以少于15辆或多于15辆，总之可以根据旅客的客流量增加 或减少列车编组车数；而且，本实用新型可应用于餐车、硬座车、硬卧车、软 卧车或高级软卧车、旅游观光车，等，前述改变或改型都不超出本实用新型的 实质保护范围。
权利要求1、一种高原铁路客车电气系统，包括供电单元、控制单元及网络单元，其特征在于，所述供电单元连接至电力机车或高原发电车，并向客车输出DC600V电源；所述控制单元包括连接至本车供电单元、车下电源、空调、电加热、制氧机并对各设备工况进行监控的PLC；所述网络单元包括耦接于各设备到PLC之间以传递数据的各种通信接口，另一方面网络单元的网络接口与客车的列车总线传递车辆间的信息和命令。
2、 如权利要求1所述的高原铁路客车电气系统，其特征在于，所述供电单 元包括DC600V电力传输部分、DC600V开关控制部分、DC600V漏电检测部分、 DC600V/AC380V逆变转换部分、车下充电单元及车内DC110V负载控制单元，其中电力传输部分包括相互独立的I路、II路两路供电干线，DC600V电源通过 贯通全列客车编组的所述I路、II路两路供电干线分别接入每辆客车的专用综 合控制拒；所述开关控制部分连接于电力传输部分，控制本车负载和电气系统 的开关；所述漏电检测部分检测本车DC600V漏电值；逆变转换部分包括将 DC600V电源逆变为AC380V交流电源的车下逆变器；所述车下充电单元将DC600V 电源转换为DC110V电源，给蓄电池充电及本车DC110V负载供电，并由全列贯 通的DC110V干线传输。
3、 如权利要求2所述的高原铁路客车电气系统，其特征在于，该开关控 制部分还同时设有防雷击保护单元，且防雷击保护单元采用压敏电阻形式。
4、 如权利要求2所述的高原铁路客车电气系统，其特征在于，所述 DC600V两路干线分别独立供电，且设有M变流装置。
5、 如权利要求4所述的高原铁路客车电气系统，其特征在于，所述控制 单元为TKDT型铁路客车电气综合控制拒，该控制拒与供电I路或II路直流电 源、本车各用电负荷及空调机组相连，该控制拒的盘面上设有三个转换开关 电源转换开关、空调选择开关、端部电热控制转换开关。
6、 如权利要求1所述的高原铁路客车电气系统，其特征在于，该客车的 车端设39通信芯控制连接器，该连接器中设有一套Lonworks网络电缆，每节 车厢从一、二位端连接器来的网线在控制拒内汇集，拒内装有列车选择I路网 线或II路网线的网线转换开关SA4;客车的安全记录仪、轴温报警器网关、防滑 器网关、烟火报警器网关、塞拉门网关、制氧机网关、车下电源箱网关连接至 PLC的RS-232或RS-485通信接口 。
7、 如权利要求1所述的高原铁路客车电气系统，其特征在于，所述电气 系统还包括制氧控制单元，该制氧控制单元是铁路车辆供氧系统的电气控制单 元，该制氧控制单元与客车的制氧机、空调及烟火报警系统连接，该制氧机系 统分别与空调、'烟火报警系统具有联锁关系，且所述制氧机的启停采用工程师 车的GPS装置和制氧机上的海拔高度仪的外气压两个信号并联控制。
8、 如权利要求1所述的高原铁路客车电气系统，其特征在于，所述电气 系统还包括客车接地单元，各用电设备的金属外壳和车体间接地，车体和大地 间接地，及车厢和车厢间接地连接。
9、 如权利要求8所述的高原铁路客车电气系统，其特征在于，该客车每 转向架设有2套接地装置，每车共4套，车端在车钩两侧各设一条与邻车相连 的接地线，采用截面不小于25 mii^的铜编织镀锡或镀镍绳式导线，使全列所有 编组客车完全处于等电位状态。
10、 如权利要求3所述的高原铁路客车电气系统，其特征在于，所述防雷 击保护单元是指客车DC600V供电单元中设置的2个压敏电阻形式的防雷浪涌保 护器串联后接入DC600V供电回路，该2个防雷浪涌保护器的公共连接端再经1 个气体放电管型的防雷浪涌保护器接地。
11、 如权利要求3所述的高原铁路客车电气系统，其特征在于，所述客车 为餐车、硬座车、硬卧车、软卧车或高级软卧车、旅游观光车。
专利摘要本实用新型公开了一种高原铁路客车电气系统，包括供电单元、控制单元及网络单元，其特征在于，所述供电单元通过电力机车或高原发电车给客车提供DC600V电源，为车上负载供电；所述控制单元通过PLC对本车供电单元、车下电源、空调、电加热、制氧机等工况进行监控；所述网络单元通过各种通信接口传递各设备到PLC之间的数据，另一方面通过网络接口及列车总线来传递车辆间的信息和命令，从而使得本实用新型不仅可以保障高原客车电气设备长时间持续地安全运行，为乘客的舒适性提供基础；同时其设备的可靠运行，也大大降低司乘人员的劳动强度和心理压力，改善司乘人员的工作条件。
文档编号H02B1/24GK201009835SQ200720103840
公开日2008年1月23日 申请日期2007年3月15日 优先权日2007年3月15日
发明者刚 刘, 刘作琪, 孙剑方, 张曙光, 军 王 申请人:铁道科学研究院