动车组牵引供电系统

动车组牵引供电系统（精选8篇）

动车组牵引供电系统 第1篇

1． 简介

交流传动机车电动车组牵引性能测试系统工程是铁科院与华富惠通技术有限公司合作，采用Controx2000网络版监控组态软件共同开发研制的。

机车试验要完成交流机车试验、动车组试验、直流机车试验并把数据查询到EXECL电子表格里。

2． 系统要求

系统要实现智能化的试验模式，操作简捷方便，界面友好美观，监控系统稳定灵活，符合行业标准，可扩展性好。系统应有先进性、安全性、可靠性、和容错性、灵活性，监测系统要结合实际情况，采用先进、成熟、使用的技术，细致考虑，涉及多方位。

3． 系统实施

3.1系统布置图

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3.2硬件配置

一台奔4（1.7G），4台奔III(800)

4台D6266功率分析仪（瑞士）

hub

标准以太网

3.3软件配置

win2000操作系统

office97(access)

ControX2000软件

3.3 系统功能

系统总体设计方案，由铁科院的相关人员与华富惠通技术有限公司的专业资深研发人士，共同组织开发实施。采用了目前最先进的功率分析仪。

该工程Controx2000运行于WINDOWS2000之上，提供灵活的组态平台，功能强大界面友好直观，操作方便

系统I/O设备采用国际知名的功率分析仪，自动检测功率分析仪上的电流、电压、有功、无功功率等等

数据传输方便、可靠性、稳定性高

自控性强，安全性高

组态、修改、查询、打印等功能灵活方便

软、硬件结构设置合理，符合现场需要

远程监测、自控电路设置良好，抗干扰性强

报警功能强大，及时，准确

实时和历史趋势曲线

数据报表采用ACCSS、EXCEL报表，日、月、季、年的报表统计、检索功能，实现即时查询和打印.

系统自检功能

安全的权限级别用户管理

4． 结论和客户评价

由于Controx2000软件在铁路上的成功应用，得到用户一致好评，尤其是灵活方便的操作界面，强大的通讯功能，使机车试验系统成为铁道自动化工程中的典范。

目前该系统已通过全面验收并投入运行，由于合理的.方案架构与先进的组态监控软件，对现场的数据实施了有效的处理，大大提高了企业的自动化程度。良好的网络功能和优秀的数据库管理功能以及安全用户管理使企业的安全性，稳定性得到了前所未有的提高。

动车组牵引供电系统 第2篇

一、关于京沪高速及客运专线技术方面

（1）高速铁路牵引供电系统技术方案及关键设备研究；

（2）高速铁路弓网关系、受流技术及综合检测与装备技术研究；

（3）高速接触网零部件、高强度铜合金接触线及重点供变电设备的研发技术；

（4）350km/h高速铁路接触网悬挂方式、安装、调整、检测技术；

（5）高速铁路系统总集成与综合试验技术研究；

（6）高速铁路牵引供电系统与高速动车组匹配技术研究；

（7）高速铁路供电系统过分相技术研究；

（8）高速铁路综合检测技术及技术标准体系和技术管理体系；

（9）客运专线牵引供电系统维修技术研究；

（10）客运专线牵引供电方式、电能质量研究；

（11）客运专线牵引供电系统电磁兼容研究；

（12）300公里以上客运专线电气化施工组织、施工工艺、施工机具研究；

（13）客运专线变电站自动化系统与安全监控系统、信息管理系统等的接口研究；

（14）客运专线监控设备系统集成及综合自动化新技术研究。

2．关于土建及工民建方面

（1）不同地基，不同土质条件的路基、地基基础设计、施工与填料改良技术；

（2）路桥、路涵，无碴、有碴轨道等不同结构物间过渡段方案与施工技术；

（3）既有桥梁检测评估、修补加固及拆除重建成套技术研究；

（4）高性能混凝土技术研究；

（5）养护维修体制、维修方案与管理技术研究；

（6）钢柱与混凝土柱连接节点构造研究；

（7）新型模板施工技术。

3．关于城市轨道交通方面

（1）城市轨道交通牵引供电设备系统设计、施工技术的研究；

（2）城市轨道交通悬挂另部件国产化、复合轨及配件的研究；

（3）城市轨道交通各类电压等级的牵引供电网络构成技术；

（4）城市轨道交通三轨、单轨、刚性及柔性悬挂接触网受流技术研究；

（5）城市轨道交通牵引供电设备集成化、监控设备综合自动化研究；

4．关于通信及信息技术方面

（1）客运专线通信信号系统总体方案、技术标准、关键设备及系统集成；

（2）通信信号设备抗大牵引电流干扰技术、综合防雷技术及电磁兼容技术；

（3）客运专线GSM—R应用技术及专业通信技术；

（4）客运专线通信信号系统监测、检测及综合接地技术；

（5）高可靠、高安全专用计算机技术及控制系统数据安全传输网络技术；

（6）客运专线通信信号系统抗干扰技术研究。

5．关于既有铁路的维护管理方面

（1）提速区段牵引供电安全设备应用及管理技术；

（2）电气化铁路牵引供电系统高安全、高可靠的维修管理技术；

（3）电气化铁路检测系统和信息管理系统的维管及相关技术研究；

（4）电气化铁路维管系统的责任成本、体制建设、管理模式的研究。

6．关于节能环保方面

（1）铁路减振、降噪工程措施及新技术；

（2）环保节能相关技术的研究。

7．其他方面

（1）工程施工管理及各阶段接合部系统优化等相关问题的研究；

（2）电气化施工机械、新型施工机具及检测设备的研制;

（3）企业信息化、工程管理信息化建设的研究；

（4）施工工艺的推广应用及施工安全管理体系研究;

动车组牵引系统介绍 第3篇

把动力装置分散安装在每节车厢上, 使其既具有牵引力, 又可以载客, 这样的客车车辆便叫做动车。而动车组就是几节自带动力的车辆加几节不带动力的车辆编成一组。动车组技术源于地铁, 是一种动力分散技术。一般情况下, 我们乘坐的普通列车是依靠机车牵引的, 车厢本身并不具有动力, 是一种动力集中技术。而采用了“动车组”的列车, 车厢本身也具有动力, 运行的时候, 不光是机车带动, 车厢也会“自己跑”, 这样把动力分散, 更能达到高速的效果。

动车组在国外已有40余年的发展历史。20世纪50年代, 电动车组最高运行时速为160公里～189公里。1990年5月, 法国的TGV-A动车组创造了震惊世界的时速为515.3公里的最高试验速度, 这也是轮轨粘着式交通工具速度的最高记录。目前我国正在运营动车组有CRH1、CRH2、CRH3和CRH5车型。CRH1原型车是庞巴迪为瑞典AB提供的Regina, CRH2原型车是日本新干线E2-1000, CRH3原型车是德国西门子ICE/Velaro E, CRH5原型车法国阿尔斯通的Pendolino。

二、动车组牵引系统介绍

下面以CRH3型动车组为例, 介绍其牵引系统的组成。

(一) 牵引系统的原理。

CRH3动车组设计能够在中国既有线路上运行也能够在新修的的客运专线上运行。列车能够以在新修的客运专线上及其他经确认的区间以300km/h速度运行, 最高试验速度为350km/h。其牵引系统是基于25k V AC供电条件下运行设计的。列车能够在按规定25 k V AC 50Hz供电的电压、频率的公差范围内运行, 当网压超过规定上公差达到31kV时, 列车还可以允许运行5分钟, 但是只能保持动车组有限的性能。CRH3动车组由8节车组成, 为动力分散型, 有50%的车轴为驱动轴。每列车都是由两组相互对称的牵引单元组成 (01车～04车为一组, 05车～08车为另一组) , 通过车顶电缆连接起来。牵引传动系统由两个相对独立的基本动力单元组成, 一个基本动力单元主要由一台主变压器、两台牵引变流器和四台牵引电机等组成。在基本动力单元中的电气设备发生故障时, 可全部或部分切除该基本动力单元, 而不应影响到其它动力单元。两列CRH3动车组可以重联成一列动车组。在紧急情况下, CRH3动车组可以与牵引机车通过过渡车钩重联。通过软管连接风源, 没有电气联接。

(二) 动车组牵引是采用交流传动方式。

驱动三相异步牵引电机的是静止变流器, 变流器由四象限斩波器 (4QC) 、DC中间连接和一个脉宽调制 (PWM) 逆变器组成。四象限斩波器 (4QC) 确保稳定的供电系统并且允许再生制动能量反馈到接触网供电系统。动车组的车载电源的电能是通过牵引变流器的直流中间电压环节获得。一个静止辅助变流器系统 (ACU) 把直流电转换成为列车车载电源供电的三相交流电。CRH3动车组牵引系统中高压设备主要包括受电弓、高压断路器、避雷器、 (电压、电流) 检测装置、高压电缆、车顶绝缘子、接地装置、高压隔离开关。高压设备主要部件位于每个牵引系统的变压器车车顶。两个变压器车上各安装一台受电弓, 并经车顶导线相互连接, 正常运行中只使用一个受电弓。车顶导线在各真空断路器后面分路, 牵引系统故障时有真空断路器保护。接触电网提供AC 25kV电压, 该电压通过受电弓收集。由于高压线路 (称为“车顶线”) 连接CRH3列车的两个牵引单元, 正常操作中只需要升起一个受电弓收集AC 25kV用于整个8节车厢装置即可。受电弓由压缩空气提升。此外, 气动滑板监控系统 (自动高速降落装置) 可确保在滑板磨损或断裂时通过断开“紧急停车” (EMERGENCY OFF) 回路来使受电弓降落。根据列车配置, 列车控制系统通常会确定首选受电弓。高压设备控制采用冗余控制, 两个动力单元在电气相互连接。为了在故障时确保动车组的运行能力, 借助车顶隔离开关将相关的动力单元在电气上断开。

(三) 高压电缆。

简称“车顶电缆”, 是将动车组两个牵引单元连接起来, 这样通过电缆一个受电弓和一个主断路器可以同时给两个牵引单元供电。两个隔离开关 (车顶电缆隔离开关) 当列车发生故障时可以将车顶电缆断开。如果一个牵引单元主系统发生故障, 另一个牵引单元可以继续工作。

(四) 真空断路器。

通过真空主断路器将受电弓接受的25kV AC供电与车顶电缆连接。在受电弓的右后方有一个避雷器防止空气过压, 避雷器的旁边是电压互感器, 检测从接触网获得的25kV AC。主断路器中集成了接地绝缘和电流互感器用于测量动车组的电流, 从电流互感器出来的信号通过中央控制单元进行评估, 而从电压互感器出来的信号通过中央控制单元和牵引控制单元进行评估。带有接地绝缘的真空断路器将受电弓和其牵引单元主变压器原边绕组连接起来, 同时通过车顶电缆与另一个牵引单元主变压器原边绕组连接起来。真空主断路器中设置了装有弹簧的空气驱动作动器。主断路器只有当所有列车缓解条件满足后才被激活。

(五) 电流互感器以及避雷器。

分流变压器断开时产生的过电压主要通过电缆与变压器原边绕组连接, 电流互感器测量变压器原边绕组的输入电流。变压器的输出端通过接地电流互感器与运用地面连接, 接地电流互感器采集变压器的输出电流。每个牵引单元的中央控制控制单元通过比较两个电流互感器测得的电流差来判断两个电流互感器间原边电路是否有接地故障。原边反馈电流与列车保护接地是分开的, 通过各自的电缆分别与轮对接地装置连接。通过设计某些零部件, 当发生故障时有可能使运行的性能只有小部分下降或则没有下降。如果实现后即使当其中一个关键部件发生故障时列车可以继续运行。

(六) 动力单元。

在CRH3动车组上装有四个完全相同且互相独立的动力单元。每一个动力单元有一个牵引变流器包括一个牵引控制单元, 四个并联的牵引电动机以及一个制动电阻器单元。牵引零部件辅助设备所需的3 AC 440V60Hz母线由动车组的辅助变流器单元提供。供给牵引设备箱中控制用的辅助电源是用一根独立的电缆通过总线排从蓄电池中获得。

1. 主变压器。

主变压器设计成单制式的变压器, 额定电压为单相AC 25kV 50Hz的线路上运行。变压器被布置在动车组没有驱动的变压器车车底, 每一个变压器的附近都布置了一个冷却系统。主变压器箱体是由钢板焊接的, 主变压器箱安装在车下, 主变压器采用强迫导向油循环风冷方式。主变压器的次级绕组为牵引变流器提供电能。它使用一个电气差动保护、冷却液流量计和电子温度计对主变压器进行监控和保护。

2. 牵引变流器。

牵引变流器采用结构紧凑, 易于运用和检修的模块化结构。在运用现场通过更换模块可方便更换和维修。牵引变流器由多重四象限变流器、直流电压中间环节和电机逆变器组成, 牵引变流器的模块具有互换性。

3. 牵引电机。

动车组总共由16个牵引电机驱动, 位于动力转向架上。牵引电机按高速列车的特殊要求来设计的。它们具有坚固的结构, 优化重量, 低噪音排放, 高效率和紧凑设计的特征。四极三相异步牵引电机按绝缘等级200制造。牵引电机是强迫风冷式。牵引电机使用的是牵引变流器的电压源逆变器供电, 变频变压 (VVVF) 调速运行方式。

4. 其他部件。

动车组其他牵引系统部件还包括牵引电机通风机、过压限制电阻等。某些零部件被设计成即使出现故障也能在小幅度减少或不减少性能的情况下运行。

摘要：目前我国正在运营动车组有CRH1、CRH2、CRH3和CRH5车型。CRH1原型车是庞巴迪为瑞典AB提供的Regina, CRH2原型车是日本新干线E2-1000, CRH3原型车是德国西门子ICE/VelaroE, CRH5原型车法国阿尔斯通的Pendolino。本文就CRH3型动车组为例, 介绍其牵引系统的组成。

动车组牵引供电系统 第4篇

摘要：近年来，高速动车组的发展一方面适应了社会快速发展的新形势，另一方面也加快了人们的生活节奏。为不断适应发展变化着的新形势，满足人们不断增长的新需求，需要对高速动车组牵引传动控制系统进行优化，从而推动我国交通运输事业的发展，促进国民经济稳步提升。

关键词：动车组；牵引传动；控制系统；仿真设计

中图分类号：TM922 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）14-0085-02

高速铁路的快速发展，使得对高速列车的需求也在逐渐增长，并对其提出了更多、更高的要求。虽然高速动车组在促进国民经济发展、社会进步和加快人民生活节奏方面发挥了重要作用，但在很多技术方面刚刚起步，尚未成熟，因此需要技术上的提升和系统优化。对于高速动车组这一复杂系统，建立合理有效的高速动车组牵引传动控制系统显得至关重要。本文主要分析了我国高速动车组牵引传动控制系统的发展现状以及高速动车组牵引传动控制系统的仿真方案。

1 我国高速动车组牵引传动控制系统的发展现状

1.1 牵引动力配置方式以动力集中方式为主

我国高速动车组的牵引动力配置方式主要有动力分散方式和动力集中方式。动力集中方式是一种较为传统的电力牵引模式，使用历史久，技术相对成熟，而且使用的范围广泛，动力集中型动车组是由日本首创，近年在欧洲得到广泛推广与应用。

随着科学技术的发展进步，我国在动力分散型动车组的设计上取得了一定成就。例如“中原之星”动车组、“先锋号”动车组以及CRH系列动车组。“和谐号”CRH系列动车组，是由十六台三相异步牵引电动机均匀地安置在四辆动车的地板下，由每台电机驱动一根车轴，十六台电机共同合作就让整个动车组高速运行起来了。但是动力分散型的技术仍不够成熟，还处在起步阶段，而且资金投入大、技术要求高，因此，我国高速动车组的牵引动力配置方式仍以动力集中方式为主。

1.2 我国高速动车组以直流传动制式为主

直流传动制式和交流传动制式是高速动车组牵引传动制式的两种方式。在我国，主要铁路上的高速动车组，多数采用直流传动制式，对交流传动制式的使用较少。相比，在国外，先进的科学技术使得交流传动制式的高速动车组具有显著优越性，市场前景广阔。因此，多数生产厂商也已经停止了对直流传动机车的生产，多采用交流传动方式的牵引技术。我国高速电动车组的发展由于技术的不成熟，缺乏创造性，对于交流传动技术的应用也才刚刚起步。

1.3 普遍采用微机牵引控制系统

我国铁路机车普遍采用微机牵引传动系统，但在较为传统的直流传动机车上仍然有大量的模拟电子控制系统。随着科技的进步、网络的发展，网络技术对于交通运输事业也在发挥着越来越大的作用。在列车通信网络快速发展进步的新形势下，我国的高速动车组也开始使用通信网络进行控制和信息的传递，例如，司机对列车的各种控制命令都可以通过列车通信网络传送到列车的各个部位，执行的结果也可以通过网络再反馈给司机，从而使司机更加全面、系统地掌控列车的运行，促进列车协调、稳定运行。通过采用微机牵引控制系统逐渐形成对列车的分布式控制，是我国高速动车组牵引控制系统的现状。

2 高速动车组牵引传动控制系统的仿真方案

2.1 进行高速列车内外部环境仿真

列车的内部环境不仅包括牵引传动控制系统，还包括网络系统等，外部环境包括牵引供电系统、线路的地理条件和轨道等。通过对内外部环境的仿真模拟，能够对列车在运行过程中可能出现的问题进行预测，并提前找到解决方案，避免实际运行过程出现差错，减少损失。以青藏铁路为例，高原缺氧、低温、强烈的紫外线以及高原冻土是铁路运输所面临的外部环境，这些对列车的控制系统提出了更高要求，因此内外部环境的仿真有其必要性。内外部环境的仿真模拟可以为牵引传动控制系统的优化提供保障。

2.2 进行三维视景仿真

随着数字化进程的发展，各行业信息化建设也加紧了步伐，铁路业也应紧跟时代步伐，为驾驶司机提供三维视景。传统的二维视景数据单一、抽象，只能展现宏观的景象概况，在细节上有局限性。而司机室三维视景仿真，能给司机提供丰富的环境信息，使司机更加清楚地了解在目前操作下，牵引传动系统的整体工作状态。当三维视景达到最佳效果，司机的临场感也会大大增强，从而集中司机注意力，调动其积极性，提高工作效率。

2.3 高速动车组牵引变压器热仿真

牵引变压器是高速动车组牵引传动系统中的关键部件，列车运行过程中的安全性与其密切相关。因此，为保障列车运行的安全性，需要研究高速列车牵引变压器的温度随列车实际运行发生的变化，对其进行冷却降温处理。由于变压器具有复杂的结构，并且涉及对热学、电磁学等多门科学的同时运用，因此研究模拟较为困难。但是预算和控制变压器内部的温升对于牵引变压器的研究具有重要意义。为此，国内外的众多专家也做了很多研究。

变压器作为一个复杂的系统，各个参数之间的关系也非常复杂。要想在列车运行中准确地计算出各个点的温度是很困难的，因此需要简化后再计算。铁芯和绕组产生的损耗是变压器的主要热源，热量会由变压器内部传导到表面。可以通过变压器内部油的对流，把来自铁芯和绕组的热量传给油箱壁，被加热的油箱壁通过周围的空气对流把热量散走，从而达到冷却变压器的目的。做一个具有特殊形状、容易散热的冷却器，把变压器中的油利用油泵，打入油冷却器，冷却后再返回到油箱中，从而带走热量，为牵引变压器降温。

3 结语

伴随着经济的发展和科技的进步，我国的高速动车组取得了巨大进步。但仍不够成熟，需不断开拓创新，引进国外先进技术，发现其中存在的问题，对牵引传动控制系统进行不断优化。从而使我国铁路运输走向成熟，保障交通运输事业的健康、稳定和可持续发展，满足国民经济发展需求，为我国社会主义现代化建设做贡献，推动时代的进步。

参考文献

[1] 丁荣军.现代轨道牵引传动及控制技术研究与发展

[J].机车电传动，2010，（9）.

[2] 张曙光.铁路高速列车应用基础理论与工程技术

[M].北京：科学出版社，2007.

[3] 黄济荣.电力牵引交流传动与控制[M].北京：机械工业出版社，2009.

[4] 刘友梅.我国电力机车四十年技术发展综述[J].机车电传动，2006，（11）.

基金项目：国家科技支撑计划资助项目（2009BAG12A01-H04-2）

作者简介：孙菁睿（1984—），男，供职于唐山轨道客车有限责任公司，研究方向：高速动车组调试；康瑛（1973—），女，唐山轨道客车有限责任公司高级工程师，研究方向：高速动车组调试技术。

动车组牵引供电系统 第5篇

我国目前高速铁路线路已投入运用2 万余公里，主要集中在我国东部、中部以及南部，西部地区仅有2014 年12 月底开通的兰新线，目前我国能适应高海拔、高温、高风沙条件的动车组仅有250km/h CRH5 型动车组。随着我国西部大开发的深入进行，西部地区对高速铁路的需求必将大幅提高，而高铁线路的增加，必将需要速度等级更高的300 km/h及以上的动车组产品。

本项目研制的牵引变压器冷却单元配套于350 km/h动车组，将运用于海拔较高、气温较高、并有大面积的戈壁、沙漠且风沙严重、自然环境比较恶劣的区域，因此比既有高速动车组提出了更高的环境适应性要求。

1 冷却单元的构成和原理

高温高风沙动车组牵引变压器冷却单元由空气过滤器、油冷却器、离心风机组、钢结构和风机箱体等部件组成，风机箱体与承重框架之间通过减振设计结构相连。

牵引变压器冷却单元工作时，牵引变压器中的冷却油在油泵的作用下进入油冷却器芯体，在油冷却器芯体内与外部冷却空气进行热交换，被冷却后的油再流回牵引变压器，完成对牵引变压器的冷却。同时，离心风机组在电机的带动下旋转，强迫冷却空气沿列车横向流向油冷却器，冷却空气与冷却器芯体内的高温油进行热交换，吸收热量后经风机出风口吹向动车组车下。

2 牵引变压器冷却单元设计

2. 1 动车组的运行条件

在正常行驶时会遇到如刮风、起沙、下雨和降雪等自然现象，偶尔也会遭遇盐雾、酸雨和沙尘暴。

2. 2 性能指标

本文介绍的高温高风沙动车组牵引变压器冷却单元与CRH380BL 型动车组牵引变压器冷却单元的性能指标对比如表1 所列，其外形尺寸、总的辅助功率消耗等指标与CRH380BL 型动车组牵引变压器冷却单元一致。

由传热学和风机空气动力学原理可知，冷却器的散热能力与冷却介质的温度与环境温度之差，以及冷却器中冷却空气质量流量成正比，与冷却空气的密度成反比。与平原运用相比，当动车组在高温、高海拔环境中运行时，其牵引变压器冷却单元的冷却能力将降低。

由表1 经过计算可知，高温高风沙动车组牵引变压器冷却单元的散热量指标较CRH3 型动车组提高26. 6%。在外形和接口尺寸不变，总的辅助功率消耗指标不变的情况下，冷却单元的额定冷却能力要提高26. 6%。若要达到该技术要求，只能通过提高冷却单元的换热效率来实现，而对于目前已经成型的散热器结构和叶轮叶型来说，该技术要求是苛刻的。在本设计中对冷却单元高温运行条件下的系统集成技术进行研究和试验验证，研制出能适应高温、高风沙、高海拔的运行环境，结构紧凑，换热效率高的牵引变压器冷却单元。

2. 3 牵引变压器冷却单元及关键部件的设计

2. 3. 1 冷却单元

高温高风沙动车组车下设备舱采用防风沙结构，在动车组车体侧裙板冷却单元进风口处设置2个空气过滤器，邻近侧裙板上再各设置1 个，这样减少了冷却空气在空气过滤器中的通风阻力，而在牵引变压器冷却单元进风口至设置金属防护网，使动车组车体侧裙板空气过滤器和冷却单元的冷却空气通道的总空气阻力不大于CRH380BL 型动车组。在其他冷却单元的结构形式上保持与CRH380BL 型动车组牵引变压器冷却单元相同。

2. 3. 2 离心风机组

离心风机组设计难点在于需要在有限功率和空间尺寸的条件下，流量在2. 5 m3 /s时，静压力要达到2 700 Pa 以上。本设计为提高风机性能，风机叶轮叶型采用效率较高的.后向圆弧形式，既保证风机流量和压力的要求，又具有较高效率。风机组由叶轮、集流器、电机及安装板等组成，如图2 所示。电机和安装板通过螺栓连接，叶轮通过轴头螺栓压装在电机上，整个风机通过安装板装在箱体上。叶轮旋向与轴头螺栓旋向相反，且在轴头螺栓加螺纹紧固胶及自锁垫圈，从而达到叶轮防松的目的。

通过进行离心风机的启动设计和多次的改进优化，并对优化后的风机进行了仿真计算，为确保计算精度，采用了循环对称法。数值模拟得到的风机静压等值图和相对速度矢量图如图3 所示。

2. 3. 3 油冷却器

2. 3. 3. 1 结构设计

油冷却器采用铝板翅式结构，由于冷却器的热性能主要取决于冷却空气散热翅片的传热性能，在本项目的研制过程中，分别对百叶窗型翅片、错口型翅片和平直型翅片等进行了计算分析和试验验证。经综合比较，在有限空间条件下，由错口翅片构成的冷却器单位消耗功率下，其传热性能最佳，因此冷却器空气散热翅片采用错口型翅片。油冷却器由冷却芯体、油室、进出油法兰和吊装座等零部件构成，冷却芯体采用铝制板翅式结构，由空气侧散热翅片、油侧散热翅片、空气侧封条、油侧封条、隔板和侧板构成，

2. 3. 3. 2 可靠性设计

通过对电力动车组冷却器运用情况进行调研分析，对目前普遍存在的冷却器漏液原因进行了一系列试验研究，包括: 冷却器原材料分析; 冷却器焊接工艺和表面处理工艺对铝冷却器可靠性的影响分析; 动车组运营环境冷却空气中灰尘杂质的颗粒度分析; 吸附在冷却器表面的灰尘杂质成分分析等。经过分析，冷却器泄漏原因主要由以下因素综合作用造成:

( 1) 环境空气中所含灰尘颗粒等造成冷却器表面涂层损伤和脱落，使冷却芯体复合板本体因失去表面涂层的保护而暴露在高温和高湿的环境中。

( 2) 环境空气中含有金属Fe、Cu，非金属C、S、Cl 等或其化合物，这些物质与铝发生化学或电化学反应，对冷却芯体复合板本体产生腐蚀。

( 3) 冷却器芯体在钎焊过程中由于钎焊工艺不合理造成的冷却芯体复合板熔蚀缺陷，影响材料性能而导致腐蚀泄漏。针对上述引起冷却器漏液的失效原因，进行了包括铬化、化学氧化、电泳和阳极氧化等几种表面处理方案的漆膜硬度、耐磨性及耐盐雾性试验研究。试验结果表明: 电泳涂层的硬度、耐磨性和耐腐蚀性均较好。因此，该冷却器采用电泳方式进行表面防护。

2. 3. 4 减振和降噪设计

高温高风沙动车组牵引变压器冷却单元安装在车体底部，冷却单元内风机叶轮高速旋转会产生振动和噪音，如果风机与其他设备采用刚性连接，会降低牵引变压器的使用寿命，影响车内的舒适度。目前消除振动和噪音最好的办法是采用悬挂式橡胶减振器，因此该冷却单元的风机箱体和框架之间采用悬挂式橡胶减振器的软连接方式，利用减振器的弹性变形，减轻风机对其他结构的激励，减少振动的传递，隔绝固体声的传播。

在本设计中考虑到风机箱体和风机组的重心位置、重量、安装位置等因素，采用两种不同的减振器进行连接，靠近油冷却器一侧的两个减振器采用同一型号的减振器，另两个靠近电机尾部的减振器为另一型号减振器，更好地实现减振和降噪的作用。

2. 3. 5 结构强度分析

为保证牵引变压器冷却单元在车辆运行过程中的安全可靠性，对其在相应荷载作用下的强度进行数值模拟分析和评价，分析载荷依据EN12663—2010 标准进行，对冷却单元在运营载荷、振动和冲击载荷下的静强度进行分析和校核，见图5。分析表明: 冷却单元结构整体的应力水平适中，局部应力集中区应力稍大，但均未超出许用应力值。模态是结构各阶振型及其固有频率的总称，属于结构的固有特性，与结构在动态条件下的运用品质有着密切的联系。该项目通过有限元仿真的方法对冷却单元进行模态分析，冷却单元的前12 阶固有频率和振型描述见表2。分析表明: 冷却单元的结构固有模态避开了车体装备自振频率和工作频率风机的工作频率。

3 试制和试验验证

3. 1 离心风机组的试验验证

离心叶轮、电机和电机安装板通过紧固件装配成离心风机组，需要对该组装部件进行性能验证和振动测试。试验结果表明，离心风机组风量、最大静压、额定功率均达到指标要求。

3. 2 油冷却器的试验验证

油冷却器需要进行单独的热性能确认，通过油冷却器热性能试验台，模拟油冷却器实际工况，测试油冷却器热性能和油( 空气) 压力损失。因试验是在0 m 海拔工况下进行的，而技术要求是油冷却器1 500 m海拔下的性能指标，因此，用传热学相似理论，要将0 m 海拔下的试验结果折算成1 500 m海拔下的结果。

3. 3 冷却单元整机的试验验证

3. 3. 1 试验项目

为验证冷却单元是否能够满足高速动车组技术要求，特委托第三方机构进行相关型式试验验证。试验项目有: 外观、标志检查，漆膜检查，尺寸检查，安全性检查，重量检查，密封性试验，风机旋向、电气参数检查，绝缘电阻试验，耐电压试验，性能、压差试验，噪音试验，振动和冲击试验，高温试验，低温存放试验，盐雾试验。

3. 3. 2 试验结果

高温高风沙动车组牵引变压器冷却单元型式试验的主要数据整理对比如表3 所列，所有的机械接口、电气接口、性能参数等均满足技术规范要求。

在司机室模拟界面将蓄电池开关打到ON 位置，此时电气控制原理图将由蓄电池提供DC110V 电源。将占用钥匙打到ON 位置，方向开关打到向前位置，将受电弓开关推至升弓位置。升弓继电器21-K19 得电吸合，

将主断/高断开关打到“ON”位置。由于此时模拟的是交流网压，因此应为主断闭合。中央控制单元根据采集到的司机室占用信息、网压信息等进行综合判断。如果满足主断闭合条件，会产生主断闭合指令A1114 = 1。中央控制单元通过MVB 将主断闭合指令发送给工控机电路图仿真模型，使得主断环路建立。主断环路状态如图8 所示，主断闭合成功。

4 结语

本文是基于市域动车组列车网络开发项目，依据Controlbuild 软件对实际列车电气控制原理图( 网络控制部分) 进行了仿真，并对列车网络子系统进行了仿真，最终搭建列车网络控制试验台，并测试了网络控制功能。

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动车组牵引供电系统 第6篇

1、一般故障处理方法。

1）一回系统设备故障，可投另一回系统设备。

2）馈线断路器故障，应立即投备用断路器。

3）母排发生故障短时无法恢复，可断母联隔离开关，保证一相馈线正常供电，故障相可实施越区供电。

4）补偿装置发生故障，将补偿装置切除，恢复正常供电。

5）变电所馈线断路器无无控制、保护电源时，由馈线向主变方向送电。

2、牵引变电所出现下列情况之一者，需实行越区供电：

1）牵引变电所全所停电，短时无法恢复送电时。

2）直流电源故障，变电所无控制、保护电源时。

3）安装在高压室柜内的流互或该馈线的穿墙套管接地、馈线隔离开关绝缘击穿。

4）接触网分相绝缘器击穿。

5）馈线上网隔离开关绝缘击穿。

6）馈线抗雷圈至上网隔离开关间有接地故障。

7）牵引变电所、开闭所母排接地。

8）其它需要越区供电的事故。

城市轨道交通牵引供电系统 第7篇

2杂散电流：绝大多数电力牵引轨道交通线路是以走行轨为其回路的，由于钢轨大地之间不是绝缘的，因此回流电流必有部分经大地回牵引所，这部分电流因土壤的导电性质，地下管道位置不同，可以分布很广，故称杂散电流。

3.GIS：六氟化硫全封闭组合电器，它是在六氟化硫断路器的基础上把各种控制保护电器全部封装的组合电器设备。

4远动控制：又称遥控即在远离变电所（执行端）的电气设备进行控制。

5距离控制:即在主控制室内对变电所的一次设备集中进行控制监测，开关位置信号-中央信号以及继电保护装置等都配置在主控制室的屏台上，便于监视和管理运行。

6安装接线图：为二次设备的制造安装或调试检修而专门绘制的安装图

7二次原理图：也称归总式原理图，用来表示二次设备中的监视仪表，控制与信号，保护和自动装置等的工作原理图。

一．简述断路器的主要功能？答：断路器又叫高压开关，断路器不仅可以切断和闭合高压电路的空载电流和负载电流，而且，当系统发生故障时，它与保护装置相配合，可以迅速地切断故障电流，以减少停电范围，防止事故扩大，保证系统的安全运行。二．简述地铁动力照明结构及功能？答：

三．简述直流牵引所的保护？答： 四．接触网设计过程中应满足什么要求？答：1.接触网

悬挂应弹性均匀高度一致，在高速行车和恶习的气象条件下，能保证正常取。2.接触网结构应力求简单，并保证在施工和运营检修方面具有充分的可靠性和灵活性。3.接触网寿命应尽量长，具有足够的耐磨性和抗腐蚀能力。4.接触网的建设应注意节约有色金属及其他贵重材料，以降低成本。五．简述地面架空接触网组成及功能？答：架空式接触网由接触悬挂，支撑装置，支柱与基础设施几大部分组成。接触悬挂是将电能传导给电动车组的供电设备。支持装置用来支持悬挂，并将悬挂的负荷传递给支柱和固定装置。支柱与基础用以承受接触悬挂和支撑装置所传递的负荷（包括自身重量），并将接触线悬挂固定在一定高度。

六．简述地下迷流防护措施？答：在电力牵引方面：提高供电电压，减小牵引所距离，采用双边供电，减小钢轨电阻，增加回流线减少回流电阻，增加到道泄漏电阻，定期检测。在埋设金属管方面:尽量远离，在金属表面或接头处采用绝缘，采用防电蚀电缆线路，在电缆上包铜线套钢管，在地下管道涂沥青包油毡，设排流装置。七．牵引变电所计算需要的参数有那些？答：1.馈电线及牵引变电所的平均电流，有效电流，最大电流；2.电动车辆或机车在供电区段内运行时的平均电压损失及最大电压损失；3.接触网中平均功率损失等 八．高压控制电路构成及作用？答：主要由控制元件，中间放大元件与继电器以及操作机构等几部分组成。1控制元件：运行人员用来

动车组牵引供电系统 第8篇

关键词：CRH3型动车组,负荷建模,感应电动机,参数辨识,粒子群算法

0 引 言

研究高速动车组的构成特性、模型结构及参数特性是开发高铁牵引供电品质评估平台的基础,同时也是研究高速铁路牵引供电系统与公用电网交互影响的前提[1]。目前研究多是从牵引供电系统或者机车的机理出发,在搭建电力机车模型的基础上,对机车在各种工况下的运行情况进行数字仿真,而关于建立机车负荷数学模型特别是高速动车组负荷模型的研究却不多。

为进一步研究牵引负荷的特性,本研究针对我国京沪高铁上运行的CRH3型动车组,建立了它的牵引传动系统Matlab/Simulink仿真模型,同时通过仿真中得到的部分指标与实际值的对比,验证了该仿真模型的合理性。在此基础上模拟了机车在不同速度下稳定运行时,当接触网电压波动时负荷功率特性的变化情况,并根据得到的扰动数据对机车参数进行了辨识,进而建立了有关的数学模型。

1 CRH3型动车组牵引传动系统

1.1 牵引传动系统基本构成

CRH3型动车组牵引传动系统主要由牵引变压器、牵引变流器和牵引电动机组成。该动车组采用的是4动4拖8辆编组,在动车组中装有4个完全相同且互相独立的动力单元,其中相邻的两辆动车为一个基本动力单元,每一个动力单元有一个带牵引控制单元的牵引变流器,以及4个并联的牵引电动机。如图1所示,一个动力单元主要由1台主变压器、2台牵引变流器和8台牵引电机等组成。牵引变压器原边额定电压为单相交流25 kV/50 Hz,副边为1 550 V/50 Hz。牵引变流器的输入侧的斩波器为四象限斩波器(4QC)。两个4QC并联为一个共同的DC连接供电,并产生脉冲DC电压。输出端有一个PWM逆变器,它把DC连接电压转换成牵引系统所要求的变频和变压的三相电源,驱动4个并联的异步牵引电机[2]。

1.2 牵引电动机

CRH3型动车组采用4极三相异步电动机及转向架架悬方式,牵引电机横向安装在转向架上,仿真采用的电机参数如表1所示。整车共有16个牵引电动机。

1.3 CRH3型动车组牵引传动系统的Simulink仿真

从目前对高速动车组牵引传动与控制方面的研究来看,整流部分主要由四象限脉冲整流器组成,逆变部分主要采用空间矢量控制的转差频率转子磁场定向系统[3,4,5]。

本研究根据各部分的工作原理搭建了CRH3型动车组牵引传动系统的Matlab/Simulink仿真模型,整体结构如图1所示,变压器由25 kV变到两个1 550 V,接两个4QC进行整流,经中间直流环节和逆变器输出三相电压驱动电机运转。其中,异步电机采用的是矢量控制,它能够获得较好的动态性能,调节范围比较宽。仿真过程已经证明该控制方式跟踪效果良好,转矩、电流等都未出现大的波动,谐波畸变率较小,功率因数也基本接近于1。

Simulink模型仿真中得到的部分结果与实际值对比,如表2所示。对比结果说明,仿真结果是符合实际情况的,也说明该模型是合理、准确的[6]。

2 CRH3动车组牵引传动系统综合负荷数学模型及参数辨识

2.1 CRH3动车组牵引传动系统综合负荷数学模型

CRH3型动车组采用的电动机为4极三相异步牵引电机,而感应电动机综合负荷一般可等值为一台感应电动机和一个静止负荷的并联[7]。于是这里采用“感应电动机并联静态负荷”的综合负荷模型来描述动车组的负荷特性。

已有的文献中提出了很多模型[8,9,10],就电动机对电力系统的影响而言,一般采用3阶的机电暂态模型就能很好地反映电动机的动态性能。为进一步减少计算量,在机电暂态过程分析计算中有时采用忽略转子暂态的1阶模型。此外,还有学者提出了1阶的电压暂态模型。以上3种模型的简单比较如表3所示。

这里需要对有功和无功都做较准确地描述,于是本研究采用机电暂态模型描述电动机的动态部分;静态负荷可以用指数模型或者ZIP模型来表示[11,12],这里采用指数函数来描述,因为它具有较少的参数以及合适的精度。

本研究采用的综合模型如下:

(1) 状态方程:

$\{\begin{array}{l}{{\rm T}}^{\prime }\frac{\text{d}{E}^{\prime }}{\text{d}t}=-E^{\prime }+CV\text{c}\text{o}\text{s}\delta \\ \frac{\text{d}\delta }{\text{d}t}=\omega -\omega {}_v-\frac{CV}{{{\rm T}}^{\prime }{E}^{\prime }}\sin \delta \\ {\rm M}\frac{\text{d}\omega }{\text{d}t}=-\frac{V{E}^{\prime }}{X^{\prime }}\sin \delta -{\rm T}{}_m\end{array}(1)$

(2) 电动机负荷吸收的功率为:

$\{\begin{array}{l}{\rm P}{}_d=-(V{E}^{\prime }/X^{\prime })\sin \delta \\ Q{}_d=V(V-E^{\prime }\text{c}\text{o}\text{s}\delta )/X^{\prime }\end{array}(2)$

(3) 静态负荷:

$\{\begin{array}{l}{\rm P}{}_s={\rm P}{}_{s0}(V/V{}_0){}^{p{}_v}\\ Q{}_s=Q{}_{s0}(V/V{}_0){}^{q{}_v}\end{array}(3)$

(4) 总的有功无功:

$\{\begin{array}{l}{\rm P}={\rm P}{}_d+{\rm P}{}_s\\ Q=Q{}_d+Q{}_s\end{array}(4)$

式中:E′,δ,ω状态变量;X′,X暂态电抗、同步电抗;T′暂态时间常数;M惯性时间常数;ωr转子转速;ωv同步转速;pv,qv有功功率和无功功率指数。

其中:T′=(X′/X)T′0,C=(X-X′)/X,Tm=Av2+Bv+D为机械转矩,表示成与速度相关的二次函数。

静态部分初始值可由下式得到:

$\begin{array}{l}{\rm P}{}_{s{}_0}={\rm P}{}_0-{\rm T}{}_m\\ Q{}_{s{}_0}=Q{}_0-\frac{V{}_0^2}{X^{\prime }}+\frac{V{}_0{E}^{\prime }{}_0\cos \delta {}_0}{X^{\prime }}(5)\end{array}$

于是上面模型中的待辨识参数为:θ=[T′ C X′ M A B D pvqv]。

2.2 基于粒子群算法的参数辨识

模型参数辨识的主要任务就是要寻找一组最优的参数向量θ*,使得预定误差的目标函数值达到最小,即$E{}^{*}=\underset{\theta =\theta {}^{*}}{{\displaystyle \min }}E(\theta )$,误差目标函数E通常选取输出误差的一个非负单调递增函数,这里取

$E{}^{*}=\min {\displaystyle \sum _{k=1}^{{\rm N}{}_1}{\displaystyle {\int }_0^{{\rm T}{}_{\max }}[}}({\rm P}$算-P测)2+(Q算-Q测)2]dt(Tmax表示仿真时间,算例中取0.6 s;在参数辨识的过程中,笔者是将5种典型的速度下以及两种不同幅度的电压跌落下的功率变化情况综合到一起来考虑的,因此,N1就表示不同算例的个数,这里取7)。最后将后面的积分离散化处理后,这个参数辨识问题就转化为了如下式所示的一个非线性规划问题:

$\{\begin{array}{l}\underset{\theta }{{\displaystyle \min }}{\displaystyle \sum _{k=1}^{{\rm N}{}_1}{\displaystyle \sum _{i=1}^{{\rm N}{}_2}(}}{\rm P}{}_{\text{算}k,i}-{\rm P}{}_{\text{测}k,i}){}^2+(Q{}_{\text{算}k,i}-Q{}_{\text{测}k,i}){}^2\\ s.t.\underset{¯}{\theta }\theta \overline{\theta }\end{array}(6)$

其中,N2为每个算例中离散化后的数据组数,这里是以0.000 5为步长的,于是N2=1 200。

非线性规划问题包括无约束优化问题和约束优化问题,由于函数的非线性,使得问题的求解变得十分困难,特别是当目标函数在约束域内存在多峰值时。常见的求解非线性问题的优化方法,其求解结果与初值的选择关系很大,一般均是求目标函数在约束域内的近似极值点,而非真正的最小点。粒子群算法(PSO)本质上是一种多代理算法, 研究由简单个体组成的群落与环境以及个体之间的互动行为[13],具有全局搜索的能力,能避免早熟,不易陷入局部极值,而且解的质量不依赖初始点的选取,能够保证收敛性[14]。

算法基本原理与其它进化类算法相类似,也采用“群体”与“进化”的概念,同样也是依据个体(微粒)的适应值大小进行操作。它的进化方程可描述为:

vij(t+1)=vij(t)+c1r1j(t)(pij(t)-xij(t))+

c2r2j(t)(pgj(t)-xij(t)) (7)

xij(t+1)=xij(t)+vij(t+1) (8)

式中:x微粒的当前位置;v微粒的当前飞行速度;p微粒所经历过的具有最好适应值的位置;c1,c2加速常数,通常在0～2之间;r1,r2两个相互独立的随机函数;式中的下标“i”微粒i;“j”微粒的第j维;“t”第t代。

基本粒子群算法的流程如下[15]:

(1) 依照初始化过程,对微粒群的随机位置和速度进行初始设定;

(2) 计算每个微粒的适应值;

(3) 对于每个微粒,将其适应值与所经历过的最好位置Pi的适应值进行比较,若较好,则将其作为当前的最好位置;

(4) 对每个微粒,将其适应值与全局所经历的最好位置Pg的适应值进行比较,若较好,则将其作为当前的全局最好位置;

(5) 根据方程式(7)、式(8)对微粒的速度和位置进行进化;

(6) 如未达到结束条件(通常为足够好的适应值或达到一个预设最大代数Gmax),则返回步骤(2)。

3 参数辨识结果及功率曲线拟合

3.1 测量数据的取得

本研究根据图1搭建了Simulink的机车牵引传动系统的仿真模型,这里所加的扰动是机车变压器一次侧(25 kV侧)电压跌落,可通过以下两种方式得到扰动的数据,以作为本研究的实测数据:

(1) 使机车Simulink模型分别运行在不同速度,然后加入扰动(电压跌落15%),保持0.2 s,之后电压又恢复到原先25 kV的水平,从而测得了在这个过程中机车有功功率以及无功功率随时间的变化,将这些值作为测量值。

(2) 当机车运行在额定速度时,对变压器的一次侧加入了分别为10%,15%,20%的电压扰动,通过最终曲线拟合对比,从而来验证该模型对不同电压波动的描述能力。

3.2 辨识结果及曲线拟合

3.2.1 不同速度下功率曲线的拟合

根据上面得到的机车运行在不同速度的数据,本研究利用Matlab中的PSO算法工具箱进行参数辨识后,得到了机车负荷模型的相关参数值,如表4所示。

根据上表辨识得到的参数,对不同速度情况下的负荷模型在电压跌落15%并且恢复的过程分别作了时域仿真,这里以300 km/h、200 km/h、100 km/h为例,根据这里的数学模型算得的结果和实测功率曲线(由Simulink仿真得到)对比分别如图2～图4所示(图中下标1表示是模型得到的曲线,下标m表示实测曲线)。

从上面的对比图中可以看到,该模型基本能够描述在不同速度下的功率变化情况。但是,在曲线的稳态部分可以看到一些波动,这是由于在搭建的Simulink模型中含有大量的整流器件导致的,并且这些波动的幅度随着速度的减小而减小。

3.2.2 不同幅度电压跌落下的功率曲线的拟合

以CRH3正常运行速度300 km/h为例。前面的图2已经给出了在该速度下25 kV侧电压下降15%的拟合曲线,同样利用上面这组辨识得到的参数,分别对机车25 kV侧电压下降10%和20%的样本作时域仿真,拟合结果如图5、图6所示。

从上面对电压跌落不同幅度下的功率拟合情况看,虽然在波动处存在一定误差(因为在这里列车运行速度都比较大),但是曲线的整体变化趋势是吻合得比较好的,从而说明了该模型能够比较好地描述不同幅度的电压扰动下功率的变化情况,证明了该模型具有较好的内插能力和外推能力。此外,从目标函数的大小来看,误差部分主要来自无功,因为无功的波动比较大,这一点可以从图上很明显的看出。同时,电压跌落越小目标函数也越小,这也是与笔者的基本认识相符合[16,17]。

4 结束语

本研究基于CRH3型动车组牵引传动系统Matlab/Simulink的仿真模型,根据机车的负荷组成特性,采用感应电动机3阶模型并联指数函数的综合负荷模型结构建立了机电暂态的数学模型。利用PSO算法对模型中的参数进行了辨识,并对有功无功变化的曲线进行了拟合。通过对不同速度以及不同幅度的电压跌落下Simulink模型的功率变化曲线与本研究的数学模型得到的曲线进行对比,验证了该综合模型的描述能力。从辨识的结果来看:基于PSO的参数辨识方法精度高、速度快,且该模型对于有功和无功都具有较好的描述能力,为下一步建立牵引供电品质分析平台奠定了基础。

随着高速铁路的推广,研究整个高速铁路牵引供电系统和公用电网在负序、谐波、功率因数、电压波动、闪变等方面的相互影响规律将具有更实际的意义,因此,对牵引供电系统进行负荷建模将是下一步的研究方向。