DF8B型机车的恒功率控制及高原功率修正

DF8B型机车的恒功率控制及高原功率修正 第6期(总第400期)内燃机车2007年6月 DF8B型机车的恒功率控制及高原功率修正 芮孟寨 (戚墅堰机车车辆厂,江苏常州213011) 摘要:比较了几种内燃机车在高原地区使用时可以采用的恒功率控制及修正方案, 并介绍了 青藏铁路用DFs型机车的高原功率自动修正方法. 关键词:DFs型机车;恒功率控制;高原;功率修正 中图分类号:U262.7文献标识码:B文章编号:1003.182o(20o7)06-0005.02 1引言 DFs型9001,9O02号机车是戚墅堰机车车辆厂 针对青藏铁路恶劣的自然环境和特殊的运用条件而 设计的.该车于2OO2年12月在青藏线投入运用和 考核,并在青藏线完成了铁道科学研究院组织的各 项试验——机车牵引试验,机车牵引热工性能,机车 动力性能,机车制动I生能及防寒保温试验,高原功率 修正试验.在"雪域神舟"号机车成功研制的基础 上,20O6年初又生产了10台DlF8型机车,并交付青 藏铁路使用.这些机车与普通DFs型机车相比,做 了大量的包括高原功率自动修正等针对高原环境的 适应性改进.本文比较了几种机车在高原地区使用 时可以采用的恒功率控制及修正方案,并介绍了 DFs.型机车的高原功率自动修正方法. 2高原恒功率控制及修正方式 当机车在高原地区使用时,柴油机将受增压器 转速,涡轮出口温度等因素限制.为了保证机车在 高原地区长期,可靠地使用,柴油机必须按机车运用 点海拔修正功率,柴油机各挡位下的功率按该高海 拔点的功率修正系数下调,并进行恒功率调控. DFs型机车的高原功率修正试验 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明,16V2807_JA型 柴油机的各温度参数随着大气温度和海拔高度变化 的影响较为明显;增压器综合效率随着大气温度和 海拔高度的增加呈减小趋势. 收修回稿日期:2006-12.15 作者简介:芮孟寨(1968一),男,浙江浦江人,高级工程 2.1基于全制式联合调节器的修正方法 我国大部分交直流电传动内燃机车都是采用基 于全制式联合调节器的恒功率调节系统.根据联合 调节器参与恒功率调节方式的不同,又可以分为直 接方式和间接方式两类. 2.1.1直接方式 DF4,DFs型机车的恒功率励磁控制,主要依靠 联合调节器的调节作用来完成.励磁调节系统的执 行元件是功调电阻,由功调电阻控制测速发电机的 励磁电流,经测速发电机及励磁机二级放大后调节 牵引发电机励磁电流.在这种调节系统中,各手柄 位的供油量给定值是通过调节供油杆长度及悬挂点 在联合杠杆中的位置来达到的.当增长供油杆长度 时,各手柄位下的供油量给定信号增大,相当于柴油 机功率给定信号增大,而缩短供油杆长度时,相当于 降低各手柄位下的功率给定信号值. 当机车在高原地区使用时,应做如下工作: (1)根据高原功率修正试验确定的机车运用地 区最高海拔点能发挥的功率重新封供油止挡. (2)调整联合调节器,使各手柄位的供油量给定 值满足降低功率使用的柴油机需求. (3)重新整定或选配机车测速发电机励磁回路 的限流电阻和功调电阻,以满足机车恒功率控制需 求. 通过这种方式进行高原功率修正,继承了采用 联合调节器的恒功率励磁系统的优点,同时可以实 现辅助功率转移.其缺点也很明显:?缺少对机车 功率加载率的控制,尤其在司控器手柄提升过程中, 柴油机会严重冒黑烟;?部分负荷或海拔高度较低 6内燃机车2007正 时,未能充分利用柴油机能力,严重偏离柴油机经济 油耗曲线;?在重新整定测速发电机励磁回路时, 往往采用加大限流电阻的方法,从而大大降低了各 手柄位下的限压,限流值,使机车起动性能较差,起 动比较缓慢,同时恒功率速度范围变窄. 2.1.2间接方式 DF8,DF型等基于微机控制的内燃机车,微机 控制的励磁直接作用于励磁机励磁回路,联合调节 器的功调电阻仅用于功率转移,即 牵引功率基准=CHEC功率×(0.8+0.2×功调电阻 滑动端电压/功调电阻滑动高端电压) 在功调电阻作用下,功率转移最高可达680kW. 当机车在高原地区使用时,功率修正可以通过 类似于直接方式进行.如果修正功率超过功调电 阻所能转移的功率时,则需通过更改软件,降低 CHEC功率设置.这种方式的优缺点也类似于直接 方式,但由于励磁方式的不同,机车的起动性能不 受影响,通过修改微机软件,控制机车的功率加载 率,可以解决柴油机在过渡过程中冒黑烟问题. 当使用地区海拔较低时(2000m左右),在不 降低机车其他性能的情况下,仅通过微机控制系统 限制允许的增压器转速,即可起到随海拔高度的增 加而降低柴油机输出功率的功能.兰新线用的 . DF8DF1型机车就是采用这种方式. 2.2基于微机控制的DF8R型机车高原功率自动修 正 青藏铁路格拉段,线路限制坡度大(20%.),海 拔高(最高5072m),落差大,沿途气压低,空气稀 薄,含氧量少,年平均气温低(2—16?),气候恶 劣.当机车运用在该地区时,通过以上方式不能获 得较为理想的性能,青藏线使用的DF8型机车采用 了基于微机控制的高原功率自动修正方法. 当机车处于功率自动修正控制方式时,微机控 制系统实时监测柴油机转速,海拔高度(大气压 力),冷却风扇转速和增压器涡轮转速等参数,根据 机车运行在不同海拔点时柴油机各手柄位的限制 功率和机车用于辅助系统的功率并进行自动转移, 使牵引功率限制在合理的水平. 22.1柴油机输出功率?的计算 ^rfUf×,f.UL×,L.U×,\ e \+十J ×10一+Ni+Ni(kW) 式中:为主发电机(整流后)电压,V;,为主发电 机(整流后)电流,A;U.为励磁机(整流后)电压, V;,. 为励磁机(整流后)电流,A;为辅助发电机 电压,V;Iff为辅助发电机电流,A;叩为主发电机效 率;叩为整流柜效率;仉,叩k,叩k为励磁机效率,励 磁整流柜效率,励磁机传动效率;叩叩为辅助发 电机效率及其传动效率;N为牵引电机通风机消 耗柴油机功率(3台),kW;Ni为冷却风扇消耗柴油 机功率(2台),kW. 2.2.2牵引电机通风机和冷却风扇消耗柴油机功 率的修正 为了消除大气压力和环境温度对牵引电机通 风机和冷却风扇消耗柴油机功率的影响,引入修正 系数c.牵引电机通风机和冷却风扇消耗柴油机 功率的折算功率按下式计算: N=C×(?i+)(kW) c=黼 式中:?为牵引电机通风机和冷却风扇消耗柴油 机功率的折算功率,kW;P为 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 大气条件下的 大气压力,P.=101.32kPa;T.为标准大气条件下 的大气绝对温度,T.=273+20:293K;P,T为实 测的大气压力和大气绝对温度. 2.23可用于牵引(整流后)的净功率P PF=(NE—PIE—PFFE—J?)×叩f×叩(kW) 式中:P为励磁机输入功率;为辅助发电机输 入功率. 2.2.4高原功率自动修正的实现 在工程实践中,为了简化测量系统,计算中励 磁机功率和辅助发电机功率可以按最大可能的功 率进行估算,机车运行点柴油机允许功率一般应留 有相应的余量,以利于补偿计算误差及空压机等短 时工作负载的需求. 由海拔高度或环境温度的影响引起的柴油机 功率的变化以及由辅助功率转移引起的牵引功率 变化只能通过改变牵引功率需求来平衡,由微机控 制实现. (1)功率修正系数=(机车运行点柴油机允许 功率/柴油机最大功率)×100%. 由高原功率修正试验确定各海拔高度和环境 温度下的柴油机允许功率或功率修正系数,而海拔 高度与大气压力有基本的对应关系. (2)柴油机运行点允许功率=柴油机最大 功率×功率修正系数. 【下转第10页】 10内燃机车2007正 一 个"电子负载",它具有很强的输出负载特性调节 功能,具有恒压源和恒流源的双重特性.它既可以 实现升压也可以实现降压,输出既可以恒压也可以 恒流,可以在多个给定值点上实现恒压和恒流输 出.特别在输出恒流充电特性时,既满足了对蓄电 池组的充电要求,也不影响机车辅助回路供电电压 的指标.也就是说充电器在进行对蓄电池组的恒 流充电过程中,并不损失辅发的输出电压,并不以 降低辅发的输出电压为代价.另外,智能充电器主 电路机箱上设置有故障转换开关,当充电器出现故 障时,可以手动转换开关将其进行隔离(称为手动 隔离),恢复成传统的机车辅助供电状态.不影响 机车的辅助供电回路,确保机车的正常运行. (3)主电路与控制器通过现场总线(CAN)网络 交换信息,智能化程度高.通过控制面板可以设置 蓄电池的充电模式,充电特性曲线等给定参数,控 制器(上位机)通过现场总线将控制参数传送给充 电器主电路(下位机),按照给定参数与反馈参数的 综合比较,智能化完成充电功能.在控制器的显示 面板上对蓄电池的充电电压,电流,温度等参数,以 及充电器的运行或故障状态进行显示,便于观}贝0与 维护.当充电器出现故障时可以自动进行隔离,并 在控制器显示面板上给予指示,为自动隔离状态. (4)在机务段的车间检修库内对蓄电池进行地 面充电时,不需要再增设传统的地面充电器装置, 可以将车间检修库电源直接送到车上,利用车载充 电器对蓄电池进行预充电.取消了段内地面充电 器,节约检修设备的投资成本. 蓄电池智能充电器可以运用于内燃机车上,只 要对其稍加改造就可以推广应用于电力机车上. 4结论 内燃机车蓄电池新型智能充电器既可以完成 对车载蓄电池的智能充电,也可以实现蓄电池运用 状态的实时检测与管理,这一产品在机车上的推广 应用对于降低蓄电池的故障(报废)率,降低机车检 修成本,提高机车检修效率具有现实意义.新型智 能充电器是综合车载微机测控技术,计算机网络技 术,故障诊断技术,充电技术,电磁兼容与可靠性设 计技术等多种技术为一体的高新技术产品.该产 品在机车上的推广应用,对于实现机车关键设备故 障自诊断的"状态检修"理念,实现我国机车装备的 微机化,网络化,数字化有着很好的促进作用,有利 于提升我国铁路机车装备的现代化水平.蓄电池 报废率的下降,对于促进环保有着积极的作用. 参考文献: [1]戚墅堰机车车辆厂.东风.型内燃机车[M].北京:中国铁道 出版社,1999. [2]周志敏,周继海,纪爱华.阀控式密封铅酸蓄电池实用技术 [M].北京:中国电力出版社,2OO4. [3]张全柱,等.车载蓄电池检测系统的地面分析软件[J].仪器仪 表,2006,(12). ,,,,d',一 【上接第6页】 (3)整流输出功率(P)按2.2.1,2.2.3计算. (4)增压器转速限制引起的柴油机功率降低由 PI调节器实现. 需要指出的是,在该控制模式下,增压器转速 限制的控制是必要的,否则,由于微机控制系统的 失控,例如主发电压传感器输出的偏低,将会引起 柴油机严重过载,增压器超速. 2.2.5功率加载率控制 由于海拔越高空气越稀薄,含氧量越少,高原 机车司控器手柄提升过程中冒黑烟的原因在于增 压器转速的增加严重滞后于柴油机输出功率的增 长速率.通过在微机系统软件加入按海拔高度变 化而变化的功率加载率控制功能,青藏铁路用DF8B 型机车有效解决了该问题. ^Kb^?b^'0b00^'^'^ 3结束语 运用表明,青藏铁路用DF8型机车由于采用了 基于微机控制高原功率自动修正功能,因此,?在 柴油机的整个变速范围内实现了辅助功率转移;? 解决了司控器手柄提升过程中柴油机冒黑烟问题; ?部分负荷或海拔高度较低时,充分利用柴油机 能力,使柴油机工作在合理工况,提高了经济性;? 改善了部分负荷或海拔高度较低时的机车起动性 能,起动加速快;?机车恒功率速度范围宽. 参考-文献: [1]曹国瑞.内燃机车电力传动[M].北京:中国铁道出版社, 1990. [2]戚墅堰机车车辆厂.东风ll型内燃机车电传动系统[M].北 京:中国铁道出版社,1996.