大学生上岗培训讲座 — 客车电气的过去、现在和发展.docx

大学生上岗培训讲座
— 客车电气的过去、现在和发展
第一节 概 述
一、客车电气的组成
客车电气由电力拖动系统、客车供电和用电系统、电气控制系统三大部分组成。
（一） 电力拖动系统
电力拖动系统 — 指利用电动机作为原动机来拖动生产机械工作的方式。
1．电力拖动的方式
（1）交流电力拖动（用交流电动机拖动）
特点：交流电动机结构简单、制造方便、工作可靠、维护工作量小，在工业生产中应用广泛。但转速不易平滑调节。
应用：空调客车的通风机、冷凝风机、压缩机等。空调客车的通风机，采用变极调速交流电动机来调节风量，以适应不同工况的需要[（n=60/p（1-s））]。变频平滑调速的交流电动机虽应用得越来越多，但由于技术复杂，成本高尚未在空调客车上运用，但是发展方向。
（2）直流电力拖动：用直流电动机拖动。
特点：直流电动机具有良好的起动、控制和调速性能，调速方便。但直流电动机结构复杂、成本高，因有机械触点，电流换向时易产生火花，工作可靠性差，维护工作量大。
应用：从原民德进口的24型空调客车的空调机组采用110V直流电力拖动，普通22型客车的电动水泵采用48V直流电力拖动等都属于直流拖动的情形。
（二）客车供电系统
1．单独供电
三种情形：蓄电池供电；车轴发电机供电；小型柴油发电机供电。
（1）蓄电池供电：把若干个蓄电池组合起来向负载供电。
特点：设备简单，使用方便，可靠性较好。但单位功率所占的体积和重量较大，放电电压逐渐降低，需反复充电。国内客车不易见到。
（2）车轴发电机供电：车轴发电机与蓄电池并联供电（介绍原理）。

车轴传动装置 J5型交流发电机 整流器 逆变器 荧光灯

稳压装置 蓄电池 电灯、电扇等

图1 车轴发电机供电原理图
特点：结构简单，工作可靠，能适用多种供电制。但由于蓄电池组与负载共用一种电压，使负载电压过大，蓄电池充电电压过小，致使蓄电池和负载寿命缩短。
应用：22型（含23型）、24型客车广泛使用。
（3）小型柴油发电机组供电：在客车底部装设小型柴油发电机组向负载供电。
特点：可减小机车牵引动力，提高供电电压，减小蓄电池用量，便于长时间停站时利用市电。但要求机组工作可靠，噪声和振动小，使用维护方便，适用于单独或分开连挂且装有空调装置的客车。
应用：国产RW22型空调软卧车、YW22B型宿营车和一些改造的普通22型客车。
2．集中供电
（1）接触网集中供电：利用受电弓将单相工频25kV的高压，降压、整流、滤波成DC600V直流电压，输入给各辆客车。
特点：送电功率大，但由于输电电压高，对安全技术要求高。
应用：前苏联早已应用。我国经过长期研究后，于98年3月开始了接触网向空调客车供电的试验，取得了成功，现运用在25T型车上。
（2）柴油发电车供电：在发电车上装设若干套柴油发电机组，通过两路输电线向各辆空调客车供电。
特点：用电负载和控制器件可直接采用民用产品，输出功率大，但输电干线截面积较大，干线穿管难，对电力连接器插头和插座间的接触电阻要求高（小于0.0008Ω）。
3．混合供电
因牵引动力不同，客车编组方式不同而产生的多种供电方式混杂的情形称之。如空调装置和电热采暖由接触网或发电车供电，照明由车轴发电机供电等。
（三）电气控制系统
包括：制冷与空调装置电控系统，柴油发电机组电控系统，列车供电电控系统等。
1．制冷与空调装置电控系统
按操作方式分：手动控制，自动控制。
按操作地点分：本车控制，集中控制（遥控）。
2．柴油发电机组电控系统
一般与柴油机整机配套，但考虑操作方便，在发电车可遥控，对机组的开机、停机等进行控制。空调客车的电控系统一般为继电器—接触器控制系统，它只能控制信号有无，不能控制信号大小，难以满足高精度的控制要求。用电子计算机进行自动控制是必然的发展趋势。
二、客车电气装置的运用条件
1、保证满足行车安全要求。
2、要求电气装置工作可靠，重量轻，尺寸和成本小，结构简单、牢固，使用寿命长，便于日常检查和维修。
3、满足以下工作环境条件
温度变化范围：-50 — +50℃ 相对湿度：20% — 80%；海拔高度：0 — 3000m。

第二节 客车电气的过去
八十年代以前，由于长期闭关锁国，我国的客车电气比较落后，它表现在以下三个方面。
一、客车供电系统方面
七十年代以前，我国使用的铁路客车主要是21型、老22型以及一些杂型客车，车上装设的供电装置是L型供电装置，它由L型直流发电机（主要是LK5、L4、L5型）、附属机具（含自动开闭器、蓄电池转换器、电灯电阻和两组蓄电池）组成。采用24V供电制，其工作原理如图2所示。
电灯电阻
自动开闭器
蓄电池
L型直流发电机 + 负载
30V 24V

-

图2 L型直流发电机供电装置示意图
当列车运行时，由固定在车轴上的皮带轮通过皮带带动L型发电机发电，发电机的电流由电机正极出来，经过自动开闭器主刷到电灯电阻器，经其降压后达额定电压，供给电灯及其它负载使用，而后电流由导线回到发电机负极。此外部分电流通过另一路向蓄电池充电。当列车低速运行或停车时，发电机端电压下降，当降到一定值时，自动开闭器主刷自动断开，切断了发电机与蓄电池组、电灯等负载的联系，防止电池电流倒流进发电机。电灯等负载由两组蓄电池同时供给。
供电装置的稳压作用，主要通过调整皮带的松紧度，当转速超高时通过皮打滑来实现的。
这种L型供电装置是三十年代的产品，它体积大，技术落后，输出功率小 ，于1968年停止生产，原有的L型供电装置，在七十年代末基本淘汰。
七十年代初期，我国开始在新造22型客车使用交 —直流供电装置，并用它逐步取代L型供电装置。交 —直流供电装置主要由J5型交流发电机、可控硅控制箱（KP—1、KP—1N、KP—2、KP—2A）或磁放大器控制箱（KFTZ—1、KFTZ—2、KFTZ—4）和TG型蓄电池组成。采用48V供电制，其工作原理如图1所示。
这种供电装置功率较大，工作可靠，且重量轻，构造简单，检修方便，很受现场工人欢迎，现在普通22型客车仍在运用。
在照明设备和器具方面，也由七十年代前的白炽灯过渡到日光灯，逆变设备由集中式（GNB3-1.0型）过渡到分散式（BY—1、BY—2、BY—40W型），供电质量和照明质量都取得了一些进步。
此外，我国在58年开始研制了一些空调客车，如老25型空调客车、25.5干线空调客车等。这些客车采用柴油发电车集中供电，车上装设两套主机，一套辅机，柴油机为12V135Z型，发电机为TZH—200或TFH—200型，装机容量为640kW，不能并网供电，在技术上相对落后。
二、电力拖动系统方面
八十年代以前普通客车普遍使用温水采暖装置（现在仍在运用），其强迫循环的动力设备是水泵，采用48V直流电动机拖动，拖动系统十分简单（燃油炉温水采暖系统稍为复杂）。八十年代以后，普通客车上的餐车普遍使用了电冰箱，部分新造的RW22型软卧车、YW22型宿营车和部分各铁路局自己加改的22型普通客车加装了单元式空调机组，普遍采用了三相交流鼠笼异步电动机拖动，这种交流电动机结构简单，制造方便而且工作可靠，它的应用，提高了交流拖动技术在空调客车上的使用水平。八十年代从原民德进口的24型单节空调客车，其空调机组采用直流电动机拖动，其直流电动机具有良好的起动、控制和调速性能，可以方便地根椐需要调节电机的转速来调节空调机组的通风量和制冷量，从而提高客车的舒适性和节约能量。但直流电动机结构复杂，成本高，尤其是具有易磨损的电刷和整流子，其工作可靠性和维护工作量大，而且在电流换向时会产生火花，因而限制了它在客车上的使用。
三、电控系统方面
八十年代前客车电气控制系统的技术在普通客车上主要体现在对供电系统的控制上。老式L型供电装置靠调整皮带松紧度来稳压，靠蓄电池转换器来保持两组蓄电池电压均衡，无限流充电功能和过压保护功能，在技术上十分落后。八十年代普遍在普通客车上运用的可控硅式控制箱和磁放大器式控制箱，采用了大量的电子元件组成基本的电子控制电路，具有整流、稳压、限流充电、过压保护四大功能，在电控技术的设计上和设备的制造技术上，都取得了较大的进步。
在老25型空调客车（含发电车）和八十年代生产的单节空调客车上，电控系统主要用来控制电机和机械装置工作，其基本元件是继电器、接触器，称作继电器—接触器控制系统，其作用比较可靠，但技术比较落后。
第二节 客车电气的现在
一、供电系统方面
（一）普通客车
普通22型客车仍在使用J5型车轴发电机供电装置，由于这种供电装置采用发电机对负载和蓄电池58伏并联供电，使负载电压过高（额定电压50V），蓄电池充电电压不足（额定电压60V），停、开车时负载电压变化大，使负载和蓄电池的使用寿命大为缩短。为解决上述问题，各铁路科技院所和现场单位动了不少脑筋，进行过一些技术革新，最富代表性和有成效的是由长春客车厂、长春电机厂和四方车辆研究所协作研制的双电压供电的双电机分压供电系统和双绕组分压供电系统，其基本工作原理如图3所示。
J1 J22 D+ I充
CZ1 B+
U2=10V
G2
蓄电池
I
G1
U1=50V 负载
FL1 FL2
D-
J1 J12
图3 双电压供电原理图
由双电压感应子发电机提供主整流电压U1、副整流电压U2两种电压。主电压在列车运行时向负载供电，其供电值接近负载电压额定值；副电压和主电压叠加，向蓄电池充电，从而实现双电压分开供电，满足了负载和蓄电池对供电电压的不同要求。这套装置于一九九零年十二月通过原铁道部机车车辆工业总工司的技术鉴定，并投入了小批量的生产，现在少部分的车辆段拥有这种双电压供电装置。由于22型普通客车已于前几年停止生产，新型25型客车已成为我国目前的主型客车，因而双电压供电装置没有得到更大的发展。
（二）空调客车
目前我国的空调客车有单节空调客车和全列空调客车，分别采用以下两种供电系统。
1．小型柴油发电机组供电
单节空调客车采用小型柴油发电机组供电（24型除外），最具代表性的有两种，一种是装设在长春客车厂生产的RW22型车上的CCK39型小型柴油发电机组；另一种是装设在四方机车车辆工厂生产的YW22B型宿营车小型柴油发电机供电系统，两种供电系统都使用由石家庄建筑机械厂引进德国技术生产的F6L912或F4L912型风冷柴油机作机组的动力，用T2S型同步发电机作机组的主机，控制电路有所不同，但都具有可控硅分流励磁恒压、柴油机的起动控制、柴油机加减速、柴油机安全检测、柴油机故障报警与自动停机保护（如超速报警、缸温超高报警、冷却水温超高报警和低油压保警等）等基本功能。
装设小型柴油发电机组的单节空调客车如与大列空调客车连挂时，可以通过本车的供电选择电路，沟通发电车与本车负载的通路。
2．柴油发电车供电
大列空调客车，几乎都是由柴油发电车通过两路输电线向车内的负载供电。目前在发电车上装设的柴油发电机组有以下三种类型。
（1）300KV主柴油发电机组。采用KTA-1150-G2型康明斯发电机，1FC5系列无刷励磁同步发电机，装机容量3*300KV，用在25G、25K型空调发电车上。早期装设这种机组的发电车称旧式Cums发电车，由四方机车车辆工厂生产，不能并网供电。晚期生产的统型Cums发电车，由四方机车车辆工厂、浦镇车辆工厂和唐山机车车辆工厂分别生产。
（2）320KW主柴油发电机组。采用MTU12V183TA12型柴油机和1FC5系列无刷励磁同步发电机，装机容量3*320KW，用在25A和某些25G型发电车上。
（3）480KW主柴油发电机组。采用MTU8V396TC13型柴油机，1FC5系列无刷励磁同步发电机，装机容量2*480KW，用于浦镇车辆工厂生产的双层空调发车上。
目前大量运用的是康明斯发电车，发电车采用了美国原装康明斯发动机或按美国技术生产的国产康明斯发动机，该发动机与非康明斯发动机相比，具有以下特点：①采用了独特的PT燃油系统，结构简单，灵活和适应性好，稍加改变就能适应较广的功率和转速范围，喷油压力高达1.37MPa,燃油雾化好,在各种工况下都省油,喷油压力和喷油时间稳定,供油量大,但供燃烧用油仅占20%,其余80%经喷油器流回油箱,有利于喷油器的冷却,此外燃油泵体积小,重量轻,系统工作可靠,燃料经济性好,保养简单,易于调整和维护；②采用技术先进的电子调速器，它由电磁传感器、调速控制器和执行器三部分组成，传感器安装在飞轮齿圈上，由于齿轮的转动，传感器到齿轮间的磁阻发生变化，产生电脉冲信号来感受发动机的转速，并把信号传送到调速控制器，安装在配电柜操纵盘内的控制器将传感器送来的电信号与预先整定好的标准信号进行比较，向安装在PT泵EFC空腔中的执行器输出控制电流，控制电流的变化将引起执行器轴的转动，以改变燃油的通道大小，从而改变流向喷油器的燃油压力，最后改变燃油量来控制柴油机的转速；③采用双进双排的气门设计，增加了进、排气的吞吐量；④采用大主轴颈、大凸轮、大平衡块、大飞轮设计，前端有硅油减振器，使曲轴与凸轮轴具有良好的刚性和抗疲劳能力，确保机组运转均衡和具有较长的使用寿命；⑤配气与喷油传动采用凸轮从动体设计，由滑动摩擦变为滚动摩擦，提高了工作可靠性和使用周期。⑥采用了增压和中冷装置，提高进气的密度，让进气与冷却水进行热交换降低或升高进气的温度，使发动机发出更大的功率；⑦所有运动部件均采用压力润滑结构设计，确保了各运动部件的良好润滑；⑧冷却水中加了DCA添加剂，以防水道机件表面的水垢形成与各种腐蚀。由于发动机采取了以上新技术，因而在很大程度上提高了发电车的技术水平。
此外，发电车的主机采用了德国技术生产的1FC5系列无刷励磁同步发电机，如图4所示： U V W
整流变压器

旋转整流器
+ 交流励磁机 +

- -
静止整流器 同步发电机

图4 无刷励磁系统原理
该发电机的主发电机采用转极式，而励磁机采用转枢式，电机轴上装有三相整流桥和保护压敏电阻整流轮，主发电机的磁极与励磁机的电枢同轴旋转，因而取消了炭刷和滑环。主发电机的定子绕组装有热保护用的铂电阻温度传感器，转子绕组设有并联运行的阻尼绕组，因此各台无刷发电机并联运行时，其励磁回路不需连接均压线。同步发电机采用THYRIPART相复励励磁系统，并带AVR自动电压调节器与可控硅分流式自动励磁稳压系统，对发电机可进行复合控制，当发电机负载由空载至满载，转速由1480r/min至1545r/min变化时，发电机电压可稳定在400（1±0.5%）V范围内,调压精度高,动态特性好,供电质量高.
二、电力拖动系统方面
电力拖动技术主要反映在空调客车上，单元空调机组上需要拖动的机械有一台通风机、两台全封闭式压缩机、两台冷凝风机。为在不同工况下调整通风机的送风量，通风机设计成双速控制，通过改变接线，变更通风机电机的磁极对数（1对或者2对），可让通风机高速运转或低速运转。压缩机电机功率5.5KW,冷凝风机电机功率1.1KW,都是采用交流直接起动。在拖动技术上都比较简单。
在发电车上需要拖动的机械主要是机房的冷却风扇和燃油泵。柴油机的循环水冷却靠电动机驱动冷却风扇来实现，由于冷却风扇采用18.5KW三相交流异步电动机驱动,其消耗的功率和起动电流都较大,为限制起动电流,并满足冷却水温对风速的不同的要求,因而对异步电动机实行双速控制.当需要高速运转冷却时,将转换开关(1SA3)扳到高速位,通过延时继电器(1KT)由低速经过一定时间(30S)转到高速位运转。燃油泵电机作为自下油箱向上油箱泵油之动力，其拖动电路也十分简单。
三、电气控制系统方面
按统型图生产的康明斯发电车，在技术和功能上更趋完善，一般都具有外电源供电、本车发电机供电、发电机的测量和助磁、柴油机起动及调速、冷却风扇高低速控制、机组保护和报警指示、蓄电池充电、本车用电及列车供电集中控制等基本电路。但由于生产厂家不同，总线路图也有所不同。如浦镇厂和唐山厂按江苏剑湖厂图纸生产的康明斯发电车，比四方厂生产的发电车增加了自动并车功能，柴油机的起动、测量电路（转速、油温、油压、水温测量）与四方厂生产的发电车也不同。统型发电车的一些关健电气器件采用了进口或引进技术生产的器件，如由北京开关厂引进日本技术生产的DW914型框架式自动空气开关，具有手动合闸和自动合闸功能和完善的保护及报警功能；电子调速器、同步调频器、负载分配器等都是从美国进口，因此发电车电控系统从整体上比过去的发电车先进。
空调客车空调机组的电控线路，目前比较有代表性的是KLC—40型空调控制柜。这种控制柜有1T1与1T2两种，但基本电原理是一样的。有通风控制（强、弱风两档）、车温手动控制（半冷、全冷、半暖、全暖共四档）、车温自动控制（也是四档）、集中控制、机组的各种保护和控制（如过欠压保护；压缩机起动时间控制；制冷、采暖与通风机的联锁保护；通风机高低速互锁；电加热器温度保护；压缩机高低压保护、过负荷保护、低温保护；其它设备的过载保护和短路保护）等基本电路，整个控制电路功能比较齐全，作用也比较可靠。
空调控制电路在老25G型车上以控制柜的形式单独设置，在新型25型客车（如25T）上则和电源转换和控制、照明控制、蓄电池欠压保护等功能单元安装在综合控制柜内。
第四节 客车电气的的发展
客车电气的发展主要体现在以下两方面。
一、客车供电系统的发展
（一）柴油发电车的发展
为适应列车提速的要求，四方机车车辆工厂在25G型发电车的基础上，研制开发了新型25K型提速空调发电车。目前该厂生产的的提速发电车按机型分为SFK158提速发电车和SFK168提速发电车。SFK158发电车柴油机为进口美国康明斯KTA19—G2型柴油机，主机为1FC5无刷励磁同步发电机；SFK168发电车柴油机则为进口德国MTU柴油机，主机为1FC6无刷励磁同步发电机，有AC380V 50Hz交流三相四线制和DC600V/AC380V兼容两种供电制。DC600V/380V兼容发电车是为适应铁路电气化发展的要求而研制的，空调列车在电气化区段由电网取电，非电气化区段由发电车供电，这样在电气化区段运行的空调列车，可以省掉一辆发电车，多拉一辆旅客列车，由此产生较大的社会效益和经济效益。该车在提速发电车的基础上，研制加装了DC600V整流设备，将发电车电压等级提高到AC450V（三相桥式整流：450*1.35=600V）,兼容供电仍通过设于车端的电力连接器,分两路向列车供电。后期生产的提速发电车，提高了内装修档次，机室车窗改为可上开下开的的结构，取消了燃油炉，增加了电采暖，厕所便器采用了气动冲水密封便器，车端采用了密封风档，提高了连挂的密封性。
另外一方面，根椐现有发电车供电控制方式，空调列车集控方式和车厢空调温度设定方式落后的问题，上海铁路局和四方厂展开了工业计算机在空调列车供电控制的应用研究，并取得了实际进展。
现有发电车的供电控制方式依旧是七八十年代的控制模式，即由乘务人员手工对柴油发电机组的启动、供电、并车、解列、停机进行操作。尽管在此基础上采用了美国原装进口的自动调频调载装置，三台机组可并网供电，但由于所连挂的空调客车负载的不稳定性，乘务人员很难及时根椐负载变化迅速作出反应，故易出现机组超载或低载，这样，既易损伤机器又不经济，而且其所有的控制均必须由人工来完成，其供电的可靠性，安全性势必受到人为因素的影响。此外，现有发电车的集控系统只能由发电车发出指令控制各车厢空调机组的开停，各车厢空调机组负载等运行情况，只能由乘务人员进行巡检、调整、记录。由于列车数量多，巡检作业距离长，巡检次数多，工作量大。另外，连接各车厢的集控线近50根，线多、接头多，在列车编组或临时摘挂时，集控线需相应改接，作业量大且繁琐，因此，现行列车真正使用集控的很少，大多仍采用单节车厢各自控制用电负载的开停。现有空调列车各车厢温度的设定，均由乘务人员进行现车调整，若乘务人员巡检调整不及时，就会造成车厢温度偏高或偏低，影响空调客车的舒适性。同时，空调机组也不能处于最佳运行状态，既浪费能源，又降低空调机组的寿命。
改用工业计算机进行控制后，通过PM—170数字指示表，对柴油机发电机组的运行参数，其中包括电压、电流、频率、功率、功率因数等参数，进行实时检测和显示，并将各项数椐通过接口输入到计算机。604模块作为柴油机的控制器，可设置手动或遥控方式工作，能启动、停机、合分断电路，并能自动检测柴油发电机组的运行工况，进行自动报警和联锁停机。通过液晶显示窗口，随时显示当前的运行工况，且可以根椐需要进行编程、组态。
作为系统核心部分的IPC主机，负责对整个机组运行、供电工况进行动态监控，实现自动启机、并网、停机、故障停机、负载转移、解列，并通过连接的打印机，打印各项运行参数，从而实现自动化工作。配置的彩显可直接观测机组的运行状况。此外，空调列车通过RS485通讯接口从设置集控系统的发电车取得各项指令，从而实现对各车厢空调机组的控制、检测和故障报警。各车厢控制柜通过RS485通讯接口及时把本车厢的即时温度、整定温度、电压、电流、及故障代码传入发电车微机控制系统，然后经微机确认，，适时发出指令，实现弱通风、强通风、半冷、全冷、半暖、全暖、停机等7种工况，且省去原集控的43芯连接线，只需两根屏蔽线。各车厢的运行工况，只需在发电车即能检测、控制并打印各项参数。
（二）供电方式的发展
1．接触网供电方式的研制和运用概况
近十多年来，我国主要铁路干线的电气化工程建设速度发展迅速，电气化区段运行的的空调客车若继续采用大功率发电车集中供电，不仅是一种极大的浪费，而且是我国客运列车供电技术落后的标志。铁路车辆供电技术要赶超世界先进技术水平，首先应该采用电力机车（接触网）向空调列车供电这一模式。
国外电气化区段运行的列车均采用电网供电，传统的铁路客车每节车厢都装有电池组和变流器，各节车厢供电系统独立性好，编组灵活，德国ICE1、ICE2列车的供电方式属这种类型。高速列车系统中，按单元结构进行列车编组，其供电方式随布局结构的改变而有所改变，变流器和电池组集中安装在几节车厢上，然后通过不同电压制的列车母线向全列车或部分车厢供电，德国ICE3和法国TGV以及日本新干线列车的供电方式属这种类型。
我国空调列车采用什么样的供电方式比较合理呢？在七五、八五期间曾作过详细论证，并得出电化区段运行空调列车采用接触网供电有很大经济效益和社会效益的结论。当时，根椐我国铁路客车容量大、列车编组长等特点，确定选用与德国ICE 列车相类似的“高压输电，分散变流”的供电模式，确定列车供电电压为单相50Hz、3000V，并组织科研力量进行供电装置的开发研制。在研制过程中发现这种供电方式虽具有列车干线数量少、导线截面小等特点，但需在客车加装高压箱、降压变压器、整流器、逆变器等设备，这些设备的体积和质量较大，不利于客车轴重的轻型化，也不利于与现用客车供电系统兼容。因此在1997年11月开始研制首列接触网供电列车时，对供电方式再次进行分析比较，按20辆编组考虑，对用电量、电网电压的波动范围、国内逆变器的技术水平、电力机车承受列车供电装置的体积、质量及现用空调客车输电干线的截流量等方面进行了设计计算和校核。其结果表明：采用机车集中降压、整流、DC600V输电；客车分散变流方式比较符合国情，也可较为方便地实现与现用380V供电制式兼容。
首列机车供电空调列车的研制由四方车辆研究所、株州电力机车厂、部株州电力机车研究所、长春客车厂、四方机车车辆厂、南京浦镇车辆厂等单位组成联合攻关小组，从1997年11月开始，用了11个月的时间研制成功。该列车由SS8型机车、20辆空调客车（15辆硬座车、3辆软座车、1辆行李车、1辆餐车）和1辆试验用发电车组成。分别在铁科院环形试验线、郑武线进行了供电系统地面试验、样车（SS8型机车、1辆硬座车、1辆软座车、1辆餐车）连调试验、20辆编组供电系统全性能试验及全列编组试运行试验。并于1998年10月1日编入79/80次，在武昌—北京西间运行，性能基本稳定。
在逐渐成熟的基础上，接触网供电这种方式已经开始得到广泛的运用，目前适应第五次提速的25T空调客车，采用的就是这种供电方式。
2．系统原理简介

机车电源 集中控制器 机车电源
DC600V DC600V
400kW 400kW

DC110V
供电请求/允许
1号 电气综合控制柜 2号 电气综合控制柜

AC380V DC600V
DC600V
空调 采暧 空调 采暧

伴热 照明 DC110V 伴热 照明

逆变器 逆变器
2χ35kW 2χ35kW

充电器 充电器
8kW 8kW

图5 接触网供电（DC600V）供电原理图

机车供电空调列车供电系统采用DC600V/AC380V兼容方式。在电气化区段，列车采用DC600V电力机车供电；在非电气化区段，列车仍可采用发电车三相交流供电。
新研制的客运（SS7、SS8 、SS9）电力机车的列车辅助供电装置将受电弓接受的25kV单相高压交流电降压、整流、滤波成600V直流电。机车上安装了两套DC600V电源装置，两套装置分两路通过KC20D连接器向空调客车供电。空调客车通过综合控制柜自动(按车厢号分奇偶选择)将其中一路600V直流电送入空调逆变电源装置（简称逆变器）及DC110V电源装置（简称充电器）。空调逆变电源将600V直流电逆变成三相50Hz交流电，向空调装置、电开水炉等三相交流用电负载供电。DC110V供电装置将600V直流电变换成110V直流电，给蓄电池组充电的同时向照明、供电控制等负载供电。客室电热采用DC600V直接加热。
25T型客车采用2×35kW逆变器，主要从两方面考虑：一是25T型客车由于新增加了许多设备，单车负载容量较大；另一方面是为适应新的运行方式，增加供电系统的可靠性和安全性。两个逆变器其中一个主要给空调机组供电，另一个给开水炉、伴热器等交流负载供电，正常情况下，两个逆变器相互独立，互为热备份。当其中一个发生故障时，由另一个负责继续向负载供电，但部分负载要减载运行（如空调机组转入半冷或半热工况）。客室电热器、温水器等电阻性负载，采用DC600V直接加热的方式，一方面减轻了逆变器的冬季负载，另一方面减轻了电阻性负载引起的漏电流。
由于电气化区段每隔50km左右便有一个分相区（不同变压器之间换相）即无电区，DC600V电源装置在过分相区时停止输出，因此逆变器也没有三相交流输出。为了避免照明负载的频繁断电，所以照明采用DC100V供电，在牵引区段，由充电器向照明负载供电，而过无电区时则由安装在车下的蓄电池供电。同样，为了保证空调等控制电路的控制电器不频繁吸合和释放，控制电路也采用DC110V供电。
为了防止本车蓄电池过放电或故障，保证重要负载（如轴温报警器等）的供电，全列蓄电池通过阻断二极管并联。尾灯、电话等设施从延续性的角度考虑仍采用DC48V供电。
当用DF11G内燃机车供电时，由于DF11G内燃机车在尾部有一个专门的辅助发电机，输出三相AC380V电压，两个机车重连，各供一路给客车用电，因此与发电车供电相似，只是缺少一个备用机组。
二、空调客车安全检测的发展 — KAX-1客车行车安全监测诊断系统
（一）问题的提出
随着我国旅客列车提速范围越来越大，运行速度越来越高，途中停靠站的减少，确保旅客列车运行安全的任务十分艰巨。在运行中及时发现和防止故障的发生和扩大，并采用相应信息化检修作业，成为目前保证旅客列车运行安全急需解决的问题。
车辆运行中基础制动系统的作用是否良好、车辆转向架的性能是否恶化、车辆供电系统是否处于安全状态、防滑器工作状态是否正常、有无擦伤超限的车轮、空气弹簧工作状态、轴承温度是否超限报警、配电室等重点防火部位有无火灾险情等等，这些涉及列车运行中安全的问题都必须在运行状态下及时发现并采取相应对策，才能使旅客列车运行安全得到保证。
KAX-1客车行车安全监测诊断系统用以对上述危及旅客列车运行安全的主要因素进行实时监测诊断、记录和存储、集中显示和报警及故障定位指导维修。运行中车载监测诊断系统还可以通过无线通信装置与地面数据管理与专家系统双向通信并和局域网联网，实现客车运用状态的信息化监控和运用状态的动态检修与管理。
（二）KAX-1客车行车安全监测诊断系统特点和组成
1．系统特点
（1）KAX-1客车行车安全监测诊断系统是集车载实时监测诊断与记录、无线通信、地面实时监测终端与数据库管理为一体的信息化客车行车安全监控系统。
（2）该系统监测诊断重点主要针对目前客车故障多发部位、发生故障危及运行安全而人工难以检测和判断的部位以及只有在运行工况下才能检测到的部位，即客车的走行部、基础制动系统和车辆供电系统等。
（3）列车级主机以QNX多任务实时操作系统为平台。QNX多任务实时操作系统比目前常用的WINDOWS操作系统在实时性、稳定性、可靠性等方面有很大的提高，并且具有模块化程度高、剪裁自如、易于扩展的特点。
（4）各监测功能级节点在尽量少装传感器的条件下，求得可解耦信息满足基本监测诊断要求，并简化系统以方便现场检修和提高系统功能价格比。
（5）系统各功能级监测单元硬件上为独立模块。系统以基本配置（车辆走行部动力学、基础制动系统、车电、防滑器）为基础，其余功能块（轴温、火警、车门、车厢显示器、无线通信等）为可选件，系统组态灵活。
（6）尽量采用了较为先进成熟的技术，应用软硬件可靠性设计，功能级监测节点的传感器免标定免维护。
（7）地面数据库与专家系统的数据存档、查询、诊断、联网功能为车辆应用和管理部门提供了一个车辆应用管理、动态质量控制的信息化技术平台。
2．系统组成
KAX-1客车行车安全监测诊断系统由三个分系统组成：车载安全监测诊断系统、无线通信系统和地面数据管理与专家系统。目前25T型客车和行邮车上只装车载安全监测诊断系统，其系统结构如图6所示。
网络连接器
AB
列车总线
网关
车厢总线
功能节点
列车级主机
WLAN
GPRS
AB
车厢级主机
供电系统
空调系统
车下电源
车门
烟火报警
轴温报警器
防滑器
制动系统
转向架系统
工程师车

图6 车载安全监测诊断系统

车载安全监测诊断系统为两级层次网络结构的LONWORKS列车通信网络系统。由连接同一列车上不同车厢的列车网络（列车总线）TBUS和连接同一车厢内不同功能级监测诊断子系统的车厢网（车厢总线）VBUS所组成。
本系统分为功能级和列车级两级监测诊断，如图7所示。对于列车级监测诊断系统来说，车厢级功能监测诊断子系统是基本监测诊断单元。车厢里的各功能级监测诊断子系统只担负本车厢某一部件或功能的监测和诊断（如制动系统监测诊断子系统的任务是监测诊断制动系统的工作状态）。车厢级不能诊断或诊断条件不充分的则通过列车级综合诊断来实现（如关门车、折角塞门关闭等）。

列车级监测与诊断

网关

功能级监测与诊断
图7 车厢网关示意图
车厢总线上的各功能级监测诊断子系统由车厢网关进行通信管理，它既是车厢网络通信管理器，又是列车网与车厢网的网关。列车总线上的列车网络管理器根据各车厢的监测诊断报告再进行全列车综合诊断，得出本列车各车厢的监测诊断报告（集中显示和报警）。列车网络管理器还担负组网（网络初运行）以适应车辆编组变动时各车厢的车号、车厢号、运行方向的识别任务。
（三）系统技术条件
1．系统诊断分级：车厢功能级诊断与列车级综合诊断两级。
2．车厢级功能级监测：车辆转向架与车体、制动系统、防滑器、车厢级显示器。
3．列车通信网络
结构：车厢级与列车级两级层次结构；
类型：列车级LONWORKS现场总线；车厢级LONWORKS现场总线；
传输介质：屏蔽双绞线（符合TB/T1484-2001标准）；
可传输距离：1000 m。
4．适应编组数：1－20辆。
5．通信方式：车载移动卫星双向通信；无线通信GPRS；无线通信GSM；无线局域网通信。
6．工作环境温度：－40℃－＋70℃；
7．工作电压：DC110V/DC48V或AC220V（50Hz）。
9．电源功率：
车厢级：约75W； 列车级管理器：约100W。
（四）车厢级网络系统
目前，车载安全监测诊断系统由四个功能级监测诊断子系统、一个显示节点和车厢网关通过LONWORKS车厢总线组成车厢级网络系统。各功能级子系统诊断报告与过程数据，通过车厢网关和列车总线传送给列车级主机（列车网络管理器），如图8所示。
A A
B B
车厢级主机 系统两级诊断
网关A 网关B LONWORKS列车网络
LONWORKS车厢总线

防滑器监测 制动系统监测 车辆一端监测 车辆二端监测 车厢级显示

LON/RS232 LC ZD ZX1 CT1 ZX2 CT2 显示器

图8 KAX-1车厢级主机监测诊断功能示意图
车厢级网络采用背板总线方式，车厢级主机制动节点、车辆节点、防滑器节点、显示节点及代理节点分别以板卡方式与车厢级总线连接。车厢级显示节点除具显示本车功能节点状态功能外还具有修改车顺号和车厢制造号的功能。
车厢级网络系统将防滑器的车辆参考速度变量传送给车门监测节点和车辆转