CRH2牵引系统很详细.docx

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CRH2牵引系统很详细

第三章牵引系统

第一节概述

主牵引系统主要由受电弓、牵引变压器、牵引变流器及牵引电机组成。

受电弓通过电网接入25kV的高压交流电，输送给牵引变压器，降压成1500V的交流电。

降压后的交流电再输入牵引变流器，通过一系列的处理，变成电压和频率均可控制的三相交流电，输送给牵引电机，通过电机的转动而牵引整个列车。

图3-1主牵引系统示意图

主牵引基本动力单元由1台牵引变压器、2台牵引变流器、8台牵引电机构成，1台牵引变流器驱动4台牵引电机。

四台牵引电机并联使用。

四台牵引电机特性差异控制在±5％以内，以便电流负荷分配均匀。

动车组有两个相对独立的主牵引动力单元。

正常情况下，两个牵引单元均工作。

当设备故障时，M1车和M2车可分别使用。

另外，整个基本单元可使用VCB切除，不会影响其它单元工作。

一、系统原理

脉冲整流器滤波电容器逆变器

主电路简图如图3-2所示，受电弓从接触网25kV、50Hz单相交流电源受电，通过主

图3-2主电路简图

断路器VCB连接到牵引变压器原边绕组上。

主电路开闭由VCB控制。

牵引变压器牵引绕组设两组，原边绕组电压25kV时，牵引绕组电压1500V。

主电路系统以M1车、M2车的两辆车为1个单元。

主电路系统原理参见图3-2主电路简图。

更详细的可参见附图中的《主电路接线图》。

二、系统布置

主牵引系统车底电气设备布置参见图3-3。

2、6号车车下各设一台牵引变压器，而2号车（M2）、3号车（M1）、6号车（M2）、7号车（M1s）的车底下均悬挂一台牵引变流器，及车下转向架分别安装4台牵引电机。

其中4号车和6号车车顶均设受电弓、保护接地开关EGS、故障隔离开关一套，2号车和6号车的车下均设高压机器箱；2、3、4号车之间和5、6号车之间的车顶上设置高压电缆连接器，为了方便摘挂，在4、5号车之间的车顶上，设置了高压电缆用倾斜型电缆连接器。

三、车辆编组

车辆编组如图3-3所示。

图3-3车辆编组图

四、设备构成

主电路设备构成如表3-1所示。

表3-1主电路设备构成表

主电路设备

1号车

（T1c）

2号车

（M2）

3号车

（M1）

4号车

（T2）

5号车

（T1k）

6号车

（M2）

7号车

（M1s）

8号车

（T2c）

受电弓

1

1

VCB＆避雷器

1

1

牵引变压器

1

1

主变换装置（牵引变流器）（CI）

1

1

1

1

牵引电机

4

4

4

4

五、单元构成

主电路的基本单元由受电弓（1台）、VCB（主断路器）（1台）、牵引变压器（1台）、牵引变流器（2台）、牵引电机（8台）构成。

1台牵引变流器驱动4台牵引电机。

图3-4DSA250受电弓总成

1-底架2-阻尼器3-升弓装置4-下臂5-弓装配

6-下导杆7-上臂8-上导杆9-弓头10-滑板

第二节受电弓

一、结构

升弓装置安装在底架上,通过钢丝绳作用于下臂。

下臂、上臂和弓头由较轻的铝合金材料结构设而成。

滑板安装在Ｕ型弓头支架上，弓头支架垂悬在４个拉簧下方，两个扭簧安装在弓头和上臂间,这种结构使滑板在机车运行方向上移动灵活，而且能够缓冲各方向上的冲击，达到保护滑板的目的。

二、技术参数

（一）名称：

单臂受电弓。

（二）型号：

DSA250。

（三）设计速度：

250km/h。

（四）额定电压/电流：

25Kv/1100A。

（五）标称接触压力：

70N（可调整）。

（六）空气动力调整：

通过弓头翼片调节（根据用户需要选装）。

（七）升弓驱动方式：

气囊装置。

（八）输入空气压力：

0.4～1Mpa。

（九）静态接触压力为70N时的标称工作压力：

约0.35Mpa。

（十）弓头垂向移动量：

60mm。

（十一）精密调压阀耗气量：

输入压力＜1MPa时不大于11.5L/min。

（十二）材料

1．滑板：

整体碳滑板（鋁托架/碳条）。

2．弓角：

鈦合金。

3．上臂/下臂：

高强度鋁合金。

4．下导杆：

不锈钢。

5．底架：

低合金高强度结构钢。

（十三）重量：

约115kg（不包含绝缘子）。

注意：

必须要由专业技术人员和乘务员来使用和维护受电弓。

在任何情况下，必须采取必要的安全和防护措施。

三、工作原理

图3-5受电弓气动原理图

1-空气过滤器2-单向节流阀（升弓）G1/4

3-精密调压阀Rc1/2调压范围为0.01～0.8MPa

4-压力表R1/8，0～Mpa5-单向节流阀（降弓）G1/4

6-安全阀12-升弓装置14-电控阀15-绝缘管

16-气囊驱动式受电弓阀板17-车顶界面

上图中的14、15属选项。

压缩空气通过电控阀经过滤器进入精密调压阀,精密调压阀（件3）用于调节受电弓接触压力，输出压力恒定的压缩空气，其精度偏差为±0.002Mpa。

因为气压每变化0.01Mpa（0.1kgf/c㎡）会使接触压力变化10N。

注：

精密调压阀调压阀在工作过程中，为保证输出压力穏定，溢流孔和主排气孔始终有压缩空气间歇性排出，属正常现象。

压力表（件4）显示值仅作为参考,应以实测接触压力为准。

单向节流阀（件2）用于调节升弓时间，单向节流阀（件5）用于调节降弓时间。

如果精密调压阀出现故障，安全阀会起到保护气路的作用。

注：

精密调压阀运用中不得随意改变其调整值，为保证各种控制阀正常使用，应严格防止水和其它杂质渗入（注意机车上部件管接头的密封，并及时检查清理空气过滤器。

精密调压阀的更换应采用原厂配件或装备部指定的产品，否则引起的质量事故，后果由用户承担）。

四、受电弓的使用

环境和安装条件包括：

环境温度：

-40℃/+40℃,注意阀板尽可能装在车内。

;

压缩空气压力值：

必须使用干燥的空气，正常升弓空气压力值约0.34～0.38Mpa（接触压力为70N时）。

接触压力调整：

受电弓在正常工作高度，接触压力可在机车顶部用弹簧秤测量，如果需要可由专业技木人员通过精密调压阀调节,调整好的精密调压阀在使用边程中禁止随意人为调整。

更换受电弓时，应重新检测受电弓的接触压力。

注：

（1）.如运行中由于碳滑条磨损使滑板重量减少，导致接触压力少量升高寸，无需调整精密调压阀。

（2）本文图纸和文字只说明基本原理，详细精确的设计资料必须从各修订图纸或最新图纸中获得。

五、维护说明

（一）检查

使用前，在降弓位置检查钢丝绳的松紧程度。

两侧张紧程度应一致。

清理阀板上的过滤器。

拧开滤清器的外罩，清理尘埃和水。

1．间隔４周的维修内容

目测整个受电弓。

若存在损坏的绝缘子，破损的软连接钱，损坏的滑动轴承和变形的部件都应更换。

若磨耗部件超过其磨损极限,也应当及时更换。

清洁车顶与受电弓之间的绝缘管,可用中性清洁剂，不得使用带油棉纱。

每天用干棉纱擦拭，防止灰尘吸附，导致一次短路。

2．间隔６个月的维修内容

整个受电弓性能检测，目测软连接线，用卡尺测量滑板厚度，若磨损到限则应更换。

3．间隔１年的维修内容

紧固件的检测，尤其是整个弓头弹性系统的零部件。

如果需要拧紧螺母，应注意保证相应的扭矩。

M8螺栓扭矩为12±2Nm。

4．间隔２年的维修内容

轴承的润滑，滑动轴承可自润滑，对于下导杆两端的关节轴承以及升弓装置销轴处的润滑，可用注油枪向润滑油杯内注SHELLALVANIAR3型润滑脂。

注完后用油杯帽密封。

下臂上的６个滚动轴承的润滑,需拆下下臂,从有弹性档圈一端将轴拆下,衬套内注SHELLALVANIAR3型润滑脂后，装上下臂。

拆装下臂时请向厂家索取拆装工艺。

5．间隔４年的维修内容

更换软连接线。

6．间隔８年的维修内容

更换轴承。

（二）润滑

润滑滚动轴承是为了提高其使用寿命。

在最初安装时、两年一次的维修期或常规维修时油杯应注意密封以防尘土和水.滑动轴承可自润滑，保养方便。

（三）清理

阀板上的过滤器应1～2周清理一次。

（四）更换滑板

出现下列情况时，必须更换滑板：

1．碳条磨耗后高度小于5mm成滑板总高度≤22mm。

2．由于产生电弧，发生变形或缺陷。

3．滑板碎裂或出现一定深度的凹槽。

如果仅需更换一个滑板，新滑板与另一个旧滑板的高度差应不超过3mm。

特别注意：

安装滑板压缩空气进气接口时，套紧螺母的拧紧力矩不大于3Nm，用手旋入或小型扭力扳手即可。

（五）调试更换阻尼器

阻尼器在安装受电弓前必须经过调试。

如果受电弓实际动作特性与额定值之间有较大差别，有必要检查阻尼器的安装情况。

磨损、动作不灵活、漏油时，须更换阻尼器。

具体操作如下：

先把阻尼器拉伸、压缩５次，长座①=54mm，落弓位置的安装长度②=480±1.5mm。

图3-6阻尼器调试说明

1-长座=54mm2-长度=480±1.5mm3-阻尼器4-右5-左

6-防坐盖7-锁紧螺母（气缸）8-锁紧螺母（接头）

（六）检查升弓装置

建议每4～6周在落弓位置检查一次钢丝绳的松紧。

如需要，则把钢丝绳拉紧，但两螺母拧紧量要相同，避免升弓装置松弛（在落弓位置），如图3-7所示。

图3-7装有升弓装置的底架

1-弓装配2-升弓装置3-钢丝绳4-销轴5-主通气管6-线导向

六、弓网故障后的检修、检测

当发生弓网故障，造成受电弓滑板、弓头、上臂等零部件变形或损坏，应将受座弓从车顶拆下，进行全面调修或更换零部件，检修完成后在专用试验台上対受电弓进行例行试验（包括动作试验、弓头自由度测量、气密性试验、静态压力特性试验等），试验合格后方可重新装车投入使用。

对于较轻的刮弓，可在车顶调试升降弓时间、静态压力特性试验等。

关于受电弓的一些常见故障和维修，可以参见《CRH2动车组故障处理手册》中相关部分和《专项修作业办法》的受电弓专项修办法部分。

七、DSA250受电弓辅助用油脂

表3-2受电弓辅助用油脂

名称

用途

螺纹润滑剂

用于螺绞连接处，用于改善摩擦

导电接触脂

用于所有受流表面，如滑板安装座表面，软连线接线端子表面

螺纹密封胶

用于所有管螺纹及阀门接头的密封

壳牌润滑脂

用于下臂内轴承，下导杆杆端轴承和升弓装置销轴的润滑

八、注意事项

（一）必须要由专业技术人员调整和维护受电弓。

在任何情况下，必须采取必要的安全和防护措施。

（二）在车顶工作时，必须切断接触网线供电电源。

（三）受电弓升弓时，应确保压缩空气供应无意外故障发生。

因为一旦压缩空气供应发生故障，受电弓就会下降，可能造成受电弓臂底下人员的人身伤害。

（四）在调整和维护受电弓时，为确保不会无意升弓，使用约1.5米的绳子绑在底架和上交叉管间。

（五）维护弓头时，在受电弓的上交叉管和车顶或底架间用长约0.9m的木制支撑支撑。

不要把木制支撑放置在气囊或升弓装置的部件上。

（六）特殊情况在受电弓气囊失效后，重新启用受电弓前应完全排除渗入其中的水。

（七）必须遵循网线接地和绝缘的原则。

第三节高压箱

25KV电网高压首先由受电弓引入动车组，然后经过故障隔离开关接入到高压机器箱，并旁路连接了保护接地开关EGS。

高压机器箱内有避雷器、真空断路器VCB、接地端子。

从高压机器箱出来的高压电直接连接到牵引变压器的原边绕组。

设置了高压联锁回路，在受电弓没有降下或保护接地开关EGS没有闭合的情况下，高压机器箱不能打开。

故障隔离开关的作用是在出现故障时强迫断开受电弓。

EGS的作用是将高压系统强制性接地，以便车辆维护时人员的安全。

VCB的作用是在需要的情况下自动断开主变压器的供电。

一、真空断路器

型式：

CB201型。

图3－8真空断路器

额定电压：

AC30kV，瞬间最大电压AC31kV）

额定电流：

AC200A。

额定频率：

50Hz。

额定开断容量：

100MVA。

断路时间：

3周以下（50Hz）。

额定闭合电流：

10000A。

额定瞬间电流：

4000A（2s）。

额定断路电流：

3400A。

无负荷闭合时间：

0.15s以下。

额定开断时间：

0.06s以下。

额定断路时间：

0.08s以下。

操作方法：

电磁控制空气操作额定操作电压：

DC100V

额定操作压力：

7.84×105Pa（8kgf/cm2）

二、交流避雷器

额定电压：

AC42kV（RMS）。

动作电压：

AC57kV以下（V1mA，DC）。

限制电压：

AC107kV以下。

三、保护接地开关

型号：

SH2052C。

方式：

电磁空气式。

额定电压：

30kV，单相。

额定频率：

50Hz。

额定瞬时电流：

6000A（15周）。

额定操作空气压力：

785kPa（8kgf/cm2）。

额定操作电压：

DC100V。

额定联锁接点：

3a-3b。

结构：

为耐寒耐雪结构，设防冻电热器（AC100V100W）。

第四节牵引变压器

动车组在2号和6号车下各设有一个牵引变压器，牵引变压器通过螺栓悬挂于车体下。

一、输出

图3-9牵引变压器

长-2570mm宽-2300mm高-835mm

在网压变化范围内，牵引变压器输出电压、电流及功率满足列车牵引和再生制动要求。

二、安装结构

牵引变压器的安装采用在车体横梁下用螺栓固定的吊挂方式。

三、强度

牵引变压器有足够的强度，保证在高速运行时碎石碰撞不至于破损。

四、冷却及其冷却油

冷却采用强迫油循环风冷方式，除用温度继电器、油流指示器实施状态监控外，还采用金属波纹管存油器，避免外气与油的直接接触，防止油质老化。

冷却油采用难燃性硅油。

五、规格

牵引绕组为两个独立线圈，每1线圈均连接到1台牵引变流器上，确保牵引绕组的高电抗、疏偶合性，具有可使牵引变流器稳定运行的特性。

另外，为了增加每组牵引绕组的容量，原边绕组采用两组并联结构的绕组配置。

六、线圈结构

牵引绕组2组、辅助绕组1组。

七、方式

壳式无压密封方式。

八、冷却方式

油循环风冷方式、硅油。

九、效率

95％以上（额定载荷条件）。

十、绝缘等级

（一）原边绕组高压侧

1．感应耐电压：

42kV×10分钟（120Hz时）（另外，240Hz时5分、166.7Hz时7.2分等条件也可）。

2．脉冲耐电压：

全波150kV（波形：

波前长1.2μs，波尾长50μs）；截断波170kV（波形：

在波前长1.2μs处截断）。

（二）原边绕组接地侧：

工频耐压2.5kV。

（三）牵引绕组侧：

车辆用工频耐压5.4kV。

（四）辅助绕组侧：

车辆用工频耐压2.9kV。

（五）绝缘种类：

特A级。

十一、牵引变压器额定性能参数

参见表3-3，牵引变压器线圈结构为牵引绕组2组、辅助绕组1组，采用油循环冷却。

表3-3牵引变压器额定性能参数值

原边绕组

牵引绕组

辅助绕组

容量

3060kVA

2570kVA

490kVA

电压

25000V

1500V

400V

电流

122A

857A×2

1225A

频率

50Hz

额定种类

连续

关于牵引变压器的一些常见故障，请参见《CRH2动车组故障处理手册》中相关部分。

第五节牵引变流器

动车组设有四个牵引变流器，分别在2号、3号、6号和7号车下。

两个牵引变流器为一组，由一个牵引变压器提供电源。

牵引变流器与牵引变压器一样，用螺栓悬挂于车下。

图3-10牵引变流器

长-3100mm宽-2730mm高-650mm

牵引变流器在M1车、M2车上分别装载脉冲整流器、逆变器各1台，运行时除实施牵引电机电力供应和制动时的再生制动外，还具备保护功能。

一、结构

动车组牵引变流器采用免维修模块结构。

功率半导体模块的换件时间为两小时以内。

牵引变流器功率单元集中布置，脉冲整流器功率单元（2台）、逆变功率单元（3台）。

牵引变流器配置有两排气口的电动轴流式通风机，向功率单元冷凝器送风。

真空接触器、继电器单元和无接点控制装置等集中布置，便于检修。

另外，考虑密封性和检查方便，采用板簧式手动型夹紧装置。

牵引变流器的零部件，考虑到其操作、维修方便，采用模块化设计。

例如半导体冷却装置分成脉冲整流器用两台，逆变器用三台的单元，分别具有互换性。

控制装置分为无接点控制装置（控制逻辑部）、继电器单元、电源单元等。

半导体冷却装置和电动通风机等大型装置采用下部拆装的结构。

小型控制单元内的各零部件可以采用不同厂家的产品，维修和检查时需要更换的控制单元，其结构和功能必须具有互换性。

二、电路方式

牵引变流器采用电压型3点式电路，由脉冲整流器、中间直流电路、逆变器构成。

模块具有互换性。

三、功率半导体

功率半导体采用：

IGBT或IPM：

3300V、1200A。

钳位半导体：

3300V、1200A。

四、控制方法

脉冲整流器部分：

牵引变压器牵引绕组输出的AC1500V、50Hz输入脉冲整流器。

脉冲整流器由单相3点式PWM变频器、交流接触器K组成。

采用无接点控制装置（IGBT元件），从而实现了输出直流电压2600V～3000V定压控制、牵引变压器原边电压电流功率因数的控制以及无接点控制装置保护。

再生制动时接收滤波电容器输出的直流3000V电压，向牵引变压器供应AC1500V、50Hz。

另外，主电路的输入通过交流接触器K实施。

逆变器部分：

输入滤波电容器电压，依据无接点控制装置（IGBT元件）控制信号，输出变频变压的三相交流电对4台并联的电机进行速度、扭矩控制。

再生制动时牵引电机发出三相交流电，向滤波电容器输出直流电压。

牵引电机控制采用矢量控制方式，独立控制扭矩电流和励磁电流，以使扭矩控制高精度化、反应高速化，提高电流控制性能。

五、保护功能

系统具有完善的保护功能。

六、冷却方式

冷却方式采用液体沸腾冷却机械通风方式，冷却介质采用环保的氟化碳（FX3250）。

七、控制装置

牵引变流器控制为软件控制，调节装置免维护。

八、效率

在额定载荷条件下（除辅助电路和控制电路外），牵引变流器的效率为:

0.96以上。

九、性能参数

（一）形式：

CI11。

（二）脉冲整流器：

单相电压3点式PWM脉冲整流器。

（三）逆变器：

3相电压3点式PWM逆变器。

（四）额定参数

1．输入：

1285kVA（单相交流1500V，857A，50Hz）。

2．中间直流电路：

1296kW（直流3000V，432A）。

3．输出：

1475kVA（三相交流2300V，424A，0～220Hz）。

4．效率：

96％以上（在额定载荷条件下，除辅助电路外）。

5．功率因数：

97%以上（在额定载荷条件下，除辅助电路和控制电路外）。

（五）开关频率

1．脉冲整流器：

1250Hz。

2．逆变器：

500～1000Hz。

（六）冷却方式：

液体沸腾冷却机械通风方式，冷媒为氟化碳（FX3250）。

（七）主要构成

1．功能单元

（1）主开关元件：

IGBT或IPM。

（2）滤波电容器：

合计8000μF/装置。

（3）脉冲整流器功率单元：

2125μF/台×2台＝4250μF。

（4）逆变器功率单元：

1250μF/台×3台＝3750μF。

2．过压抑制可控硅单元：

过压抑制可控硅栅级驱动电路、直流电压互感器（DCPT）。

3．充电单元：

滤波电容器备用充电用接触器、变压器及整流器。

4．真空交流接触器。

5．电阻器单元：

过电压抑制电抗器、放电电阻器。

6．交流变流器单元：

霍尔型电流传感器。

7．交流变压器单元：

电压传感器。

8．无接点控制装置。

9．控制电源单元。

10．电动通风机：

主电动通风机、辅助电动通风机（密闭室冷却用）。

（八）接点控制装置

（九）脉冲整流器控制功能

1．主电路控制方式：

3点式PWM方式。

2．脉冲整流器输出频率：

50Hz。

3．直流电压：

DC2600V～DC3000V（按速度范围变化可调）。

4．载波频率：

1250Hz。

5．功率因数：

97%以上。

6．控制功能：

（1）发生直流电压模式；

（2）电源相位同步控制；（3）PWM控制。

（十）逆变器控制功能

1．主电路控制方式：

3点式PWM方式。

2．电机控制方式：

矢量控制计算的电流瞬间值控制。

3．电机旋转频率：

计算频率0～150Hz。

4．V/f特性：

2300/116Hz（牵引），2300/130Hz（制动）。

5．非同期脉冲状态载频频率：

1000Hz左右。

6．脉冲状态：

非同步脉冲状态－（过调制脉冲状态）－同步脉冲状态－同步1脉冲状态。

7．控制功能

（1）电机控制。

（2）控制模式（牵引运行、制动、定速、后退启动）。

（十一）程序控制功能

1．启动停止程序。

2．保护程序。

3．动力运行、再生程序。

（十二）维修、检查功能

1．车载试验功能

依据车辆信息控制装置的指令，在无接点控制装置内产生模拟信号，可进行保护动作，接触器动作等自我检查工作。

2．保护检测记录功能

作为保护动作分析手段，在无接点控制装置内记录发生保护动作时装置的输入、输出信号和控制状态，以向列车信息控制装置提供数据。

3．高速记录器功能

作为保护动作分析手段，在无接点控制装置内记录发生保护动作时装置的输入、输出信号和控制状态，以向列车信息控制装置提供数据。

关于牵引变流器的一些常见故障，请参见《CRH2动车组故障处理手册》中相关部分。

第六节牵引电机

一、电机型式

牵引电机采用三相交流异步电机。

二、供电及调速方式

牵引电机适用于电压源逆变器供电，变频变压（VVVF）调速运用方式。

三、绝缘等级

牵引电机绝缘采用200级绝缘等级。

图3-11牵引电机

长-720mm宽-697mm高-629mm

四、互换性

所有牵引电机在外形尺寸、安装尺寸和电气性能方面，均能在所有动车的转向架各个轮轴之间完全互换。

五、维修

电机维修时，仅更换定子或转子后，仍能保证电机特性的一致性。

六、振动和冲击

电机采用耐振动和冲击的结构。

七、牵引电机特性

牵引特性曲线和转矩-转速曲线、再生制动特性曲线参见《时速200/300公里动车组主要技术条件》中的CRH2牵引电机牵引制动特性曲线和数据表。

八、效率

牵引电机的连续额定效率为0.94以上。

九、电机规格

（一）概况

牵引电机采用不解体就可供油脂的绝缘轴承。

每台牵引电机的最大输出轴功率为300kW。

（二）性能规格

1．方式：

三相异步感应电机

2．相数：

3。

3．极数：

4。

4．通风方式：

强迫通风。

5．装载方式：

转向架构架悬挂安装。

6．绝缘种类：

200级。

7．额定参数

（1）功率：

300kW。

（2）电压：

2000V。

（3）电流：

106A。

（4）频率：

140Hz。

（5）转差：

1.4%。

（6）转速：

4140rpm。

（7）效率：

0.94。

（8）功率因数：

86%。

（三）结构

1．转子

转子为坚固的鼠笼形，采用耐高速旋转的结构。

为确保转子转动，转子导条采用固有电阻大、强度高的铜锌合金（黄铜）。

2．定子

为了轻量化，取消了铁心外的框架，采用连结板压住铁心。

电机框架设有与转向架连接的安装座，框架两侧的连结框（铝托座）采用铝合金铸件制造。

3．测速发电机

在非传动轴端安装了2个测速发电机，用于逆变器控制和制动控制。

4．齿轮装置效率

0.95（计算参数，牵引电机输出和车轮踏面输出系数采用此数据）。

十、其它控制和辅助电路设备

（一）主控制器

方式：

牵引手柄为前后操作方式。

构成：

牵引运行10档，带方向选择开关