第七章电力机车电气部分及其在线故障诊断技术
7 ．1 电力机车电气部分简介电力机车是一种十分复杂的大型机电设备，不仅设备本身复杂，而且具有许多其它设备或场合所不具备的特点【13】：①电力机车是一种集机械、电力、电子、微机控制、气动装置等许多部件于一体的机电设备，本身处于运动状态、振动冲击大，作为一个系统来研究十分复杂；②机车上的部件大都是高电压、大电流、大功率，电力电子变流装置与单相不对称牵引供电形成强大的电磁干扰；③运行中灰尘多、温度变化大、工作环境恶劣。由于上述原因以及基础研究工作的不足，对电力机车进行故障诊断技术及故障诊断装置的研究，实际上是一个十分庞大复杂的科研项目。电力机车电气部分的诊断内容是由电力机车电气部分的组成形式决定的。电力机车的电气部分即电力机车的各种电气线路，按其作用的不同，通常分为主电路、辅助电路和控制电路。
1 ．主电路
主电路即电力机车上的高电压、大电流的大功率回路，其任务是从电网上获取电能，通过变压器降压、变流装置变流后，驱动牵引电机工作，它是电力机车上最重要的组成部分，决定性地影响电力机车的性能及经济技术指标。现代电力机车要求主电路能够方便地实现机车启动、调速、制动，并且要求能方便地对牵引电机的转矩和转速进行调节。主电路的主要电气设备包括受电弓、主断路器、主变压器、主变流器、平波电抗器、牵引电机、制动电阻等。所以，开展电力机车电气线路的故障诊断研究，重点在主电路上主电路的电压、电流，包括各个主要电气设备的电压、电流等参数，在传统的电力机车控制系统中都已经有专用的传感器进行了检测。所以通常无须另外增加电压、电流传感器。故障诊断系统可以直接利用原来所获取的参数。
2．辅助电路
辅助电路是指机车上的辅助电源与各种辅助电气设备一起构成的电路系统。辅助电路主要
是为机车上的某些设备的正常工作提供必要的条件，为乘务人员的生活提供方便，改善乘务人员的工作环境和旅客的旅行环境。辅助电气设备主要包括：压缩机、通风机、辅助电源、空调器、电热器等。新设计生产的电力机车如SS9、SS7D、SS7E 等，已经在控制电路中采用了无触点化的专用可编程控制器——机车逻辑控制单元，辅助电器的一些接触器的开闭情况已经反馈回机车逻辑控制单元和微机控制系统，可以为机车电气部分故障诊断提供相应的状态信号。
3．控制电路
控制电路是完成机车控制任务的各种电路的总和。控制电路的作用是根据司机的意愿以及铁路运行的要求，完成对机车的控制作用。现代电力机车的控制系统通常可以分为有触点控制电路、电子控制电路和机车微机控制系统3 部分。有触点控制电路主要是机车的司机控制器(主令电器) 、继电器、接触器等所组成。特点是控制电压高(DC110V) ，负载电
流比较大，对于接触器、电空阀等电感性负载，动作瞬间可能产生很强的电磁干扰。电子控制电路是利用电子线路完成各种控制、检测、监控任务的电路。机车电子控制系统通常将各种功能的电子电路制成印制电路板，采用电子柜的形式。电力机车电子系统既有DC ll0V 电路，也有48V ，24V ，15V 等电路和各种传感器来的信号，不仅电路本身复杂，也是机车故障集中多发的地方。机车微机控制系统一般为用于完成机车的各种工况控制、故障诊断等的专用微机控制系统。随着微电子技术和计算机控制技术的不断发展，机车微机控制系统的发展非常迅速，并且在朝着分布式、网络化的方向发展。
7 ．2 电力机车电气部分故障诊断方法
结合我国铁路的实际情况，l．2 节介绍了网络化列车监控系统基本技术方案，并在此基础上提出基于列车通信网络的电力机车故障诊断系统。本章介绍TCN 电力机车电气部分
主要部件的故障诊断方法。
要准确、可靠地诊断出电力机车电气系统的故障，除了要硬件系统提供充分的诊断信息来源外，还必
须根据电力机车电气系统的故障信息特征，研究相应的故障诊断方法。故障诊断有多种实现方法，传统的故障诊断与控制完全糅合在一起的，推理判断与数据也是搀杂在一起的，这种方式使得故障模式的修改和诊断方案的移植受到极大的限制，不具有通用性。本系统结合电力机车电气系统的故障特点，采用故障诊断专家系统思想，很好地解决了这问题。专家系统指的是一个智能的计算机程序系统，其内部含有大量的某个领域专家水平的知识和经验，能够利用人类专家的知识和解决问题的经验方法来处理该领域的高水平难题。也就是说专家系统是一个具有大量的专门知识与经验的程序系统，它应用人工智能技术和计算机技术，根据某个领域一个或多个专家提供的知识和经验，进行推理和判断，模拟人类专家的决策过程，解决那些需要人类专家才能处理好的复杂问题。一般应用程序把问题求解的知识隐含地编入程序，而专家系统则把其应用领域问题的求解知识单独组成一个实体，即为知识库。知识库的处理是通过与知识库分开的控制策略进行的，将知识组织成三级：数据、知识库和控制。由于专家系统中的知识库和推理机是相对独立的，知识库内的知识的表示是明显的，因此专家系统的知识库的修正和扩充比较灵活、方便。
7．2 ．1 电力机车电气部分故障在线诊断系统结构及特点
电力机车电气部分适合并应该开展故障诊断的设备包括受电弓（弓网关系）、主变压器、
牵引变流器、牵引电机、辅助电机系统、电气控制系统、微机及电子控制系统、控制电源和辅助电源等8 大部分。根据图1-ll 基于TCN 的电力机车故障诊断系统的结构，如果将上述各部分分别研究构成各自的故障诊断子系统，再通过二级MVB 或其它类型的现场总线将各子系统与电气故障诊断系统的主机构成基于TCN 的电力机车电气故障诊断系统，网络结构如图5—1所示【3】。
电气故障诊断系统作为TCN 的一个子系统，既可以通过网关与WTB 网络连接，构成列车故障诊断监控系统，也可以通过机车内部的MVB 与电力机车其它部分的故障诊断系统连接，构成基于MVB 的电力机车故障诊断系统。系统采用分级结构，由两级或三级构成，如系统级诊断、部件级诊断，部件级还可以有下一级子系统。各子系统能够完成的诊断在子系统内部完成，并存储诊断数据，最后将诊断结果向上一级通报。
