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CRH3牵引传动

第7章牵引传动

7.1概要

CRH3动车组为8辆编组，其中1、3、6、8号车为动车，2、4、5、7号车拖车，牵引传动系统采用交-直-交的传动方式，每列动车组的牵引系统由两个牵引单元组成，1、2、3、4为一个动力单元，5、6、7、8为一个动力单元。

如图7-1-1。

图7-1-1牵引传动系统的布置

一个牵引单元的牵引主电路设备主要由1个受电弓、1个牵引变压器、2个牵引变流器和8个牵引电机和2个牵引控制单元（TCU）组成。

每个牵引电机带有一套机械传动装置包括齿轮箱、联轴节。

每辆动车组都由两个对称的牵引单元组成，它们用一根车顶线（高压线）相连。

动车组牵引系统的组件分布在以下车上，它们对称地位于两个牵引单元中。

•EC01/EC08

-牵引变流器（TC），带冷却装置（CLT）

-牵引电动机（TM）和齿轮装置

•TC02/TC07

-变压器（TF），带冷却装置（CLF）

•IC03/IC06

-牵引变流器（TC），带冷却装置（CLT）

-牵引电动机（TM）和齿轮装置

•BC04/FC05

限压电阻器（RMUB）

7.2牵引传动系统

7.2.1概述

牵引传动装置采用交－直－交传动，采用AC25kV接触网供电。

每列动车组都由两组互相对称的牵引单元组成，它们之间用车顶电缆连接起来。

一列车的牵引功率为8800kW。

7.2.2主电路构成

7.2.2.1主电路的构成

主电路主要由网侧高压电器、牵引变压器、牵引变流器和牵引电动机等组成。

如7-2-1所示，参见表7-2-1。

图7-21牵引变流器零部件示意图

表7-2-1牵引系统构成

CD直流侧电容器

PTC牵引箱泵

CLF冷却装置变压器

PTF变压器泵

CLT冷却装置牵引转换器

PWMI脉宽调制逆变器

CSK电容器（串联谐振电路）

RMUB限压电阻器

CT接触线

TC牵引变流器

FTC牵引箱风扇

TCT变压器电流互感器

FTF变压器风扇

TF变压器

FTM牵引电动机风扇

TM牵引电动机

HVL高压线

TW1–TW4牵引绕组

LCT线路电流互感器

VLW预充电电阻器

LSK电感器（串联谐振电路）

4QC4象限斩波器

LVT线电压互感器

MUB过压限制器

7.2.2.2主电路的工作原理

架设在TC02车车顶的受电弓从接触网接收AC25KV的交流电，然后通过布设在车顶和车端的高压电缆将电能输送到装在TC02车下的牵引变压器，变压器的副边感应出4X1550V的电压并通过车辆间的连接馈线到设在动车车下的变流器单元。

变流器单元内部的四象限斩波器将1550V的交流电整流为2700V-3600V的中间直流电压。

中间直流电压通过PWM变频单元向牵引电机提供变压变频（VVVF）的三相交流电源。

其中限压电阻接在中间直流电路的两极，防止出现过高电压，辅助变流器的输入也取自中间直流环节。

主电路设备主要包括：

牵引变压器及其冷却系统、牵引变流器及其冷却系统、牵引电动机及传动装置、限压电阻、高压电器等

7.2.2.3主电路的谐波

干扰电流的定义：

Ipe-干扰电流

kpe–干扰评估加权系数

I–电流的有效值

–谐波

原边电流的畸变系数

di–电流的畸变系数定

I1–电流基波的有效值

I–电流的有效值

中间直流环节的谐波情况参见图7-2-2，图7-2-3，图7-2-4。

图72-2动车组从0到20kHz，100%牵引状态下谐波频谱，考虑牵引（8个牵引4QC）

图72-3动车组从0到20kHz，75%牵引状态下谐波频谱，考虑牵引（6个牵引4QC）

图72-4动车组从0到20kHz，50%牵引状态下谐波频谱，考虑牵引（4个牵引4QC）

7.3高压电器

7.3.1概要

高压电器主要由受电弓、高压断路器、接地开关、防雷击装置（避雷器）、网端检测装置、高压电缆组成。

每辆动车组都由两个对称的牵引单元（EC01至BC04车和FC05至EC08车）组成，它们通过一根车顶线相连。

高压系统位于车顶，高压系统的构成参见图7-3-1。

除车顶线和TC02和TC07车之间的高压转换装置外，高压系统的下列所有组件都位于TC02和TC07变压器车的车顶：

•受电弓（P）

•避雷器（通过接触网的过压）（SA1）

•线电压互感器（LVT）

•主断路器，带接地开关（MCB）

高压电缆，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。

两个隔离开关在列车发生故障时可以将车顶电缆断开，这样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。

受电弓得到25kVAC的电源后通过真空主断路器与车顶电缆连接。

在受电弓的右后方有一个避雷器防止空气过压，避雷器的下方是变压器，作为从接触网获得的25kVAC变压的传感器，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送达中央控制单元进行处理，而从变压器出来的信号则由中央控制单元和牵引控制单元处理。

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。

电流互感器以及避雷器通过电缆与变压器原边绕组连接。

电流互感器相当于一个变压器原边绕组的输入电流的传感器。

变压器的输出端通过接地电流互感器与运用地面连接，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。

ECT接地电流互感器

RA车顶区

M牵引电动机

RLDS车顶线路隔离开关

LCT线路电流互感器

SA1,SA2避雷器

LVT线电压互感器

TC牵引箱

MCB主断路器/接地开关

TCT变压器电流互感器

MT主变压器

UA地板下区域

P受电弓

VLR限压电阻器

图7-3-1：

高压系统框图（所示为第二个牵引单元）

高压电器的主要组成部分位于每个完整动力配置的变压器车车顶上。

（具体每个部件的分布见表7-3-1）

表7-3-1高压系统部件布置

头车01

无

变压器车02

受电弓

带有接地绝缘的主断路器

避雷器

变压器

车顶电缆

车顶电缆隔离开关

车与车之间高压连接

中间车03

车顶电缆

车与车之间高压连接

餐车04

车顶电缆

车与车之间高压连接

一等车05

车顶电缆

车与车之间高压连接

中间车03

车顶电缆

车与车之间高压连接

变压器车07

受电弓

带有接地绝缘的主断路器

避雷器

变压器

车顶电缆

车顶电缆隔离开关

车与车之间高压连接

头车08

无

7.3.2受电弓

7.3.2.1结构组成

接触网提供AC25kV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，正常操作中只需要提升一个受电弓收集AC25kV用于整个8节车厢装置即可。

受电弓由压缩空气驱动。

此外，气动滑板监测系统（自动高速降落装置）可确保在滑板磨损或断裂时通过断开EMERGENCYOFF（紧急停车）回路来使受电弓降落。

受电弓构成如图7-3-2。

1集电器头

8支持绝缘子

2碳条

9底座

3电流连接器装置，集电器

10系统阻尼器

4导杆

11下拉臂

5气源

12联接杆

6提升装置

13电流连接器装置，拐点

7电流连接器装置，基底

14上拉臂

图7-3-2受电弓结构

受电弓设计为单臂受电弓。

气动系统阻尼器（10）位于底座（9）上，阻尼器使下拉臂（11）段提升和降落，底座固定在支持绝缘子（8）上。

拉离上拉臂（14）段会带离集电器头

（1）和它的两个碳条

（2）。

受电弓配有气动自动降落装置。

它在滑板断裂时使受电弓降落（还将断开EMERGENCYOFF（紧急停车）回路）。

驱动器的压缩空气供应给滑板防磨损板中的管道。

若滑板断裂时压缩空气逸散，受电弓的风箱驱动器将通过高速降落阀通风。

同时主断路器将被触发，防止因电弧而损坏。

同一地，弓角也受到气动监测，以防损坏。

如果压力线断裂，自动降落装置可通过切断阀被禁用。

受电弓的所有功能都由各自相关的阀控制模块执行和监测。

升弓通过起动按钮连接至阀控制模块的气动管中的电磁阀实现。

升弓时间使用气动供给管中的扼流圈设置。

受电弓的降弓时间和静接触力及自动降落装置的压力开关在阀控制面板上设置。

阀控制模块的压缩空气由MR管道供应，此外，辅助压缩机还用于在低MR压力时供列车使用。

7．3．2．2技术参数

该受电弓主要的技术参数见表7-3-2。

表7-3-2受电弓主要技术参数

结构形式

单臂式

驱动机构形式

压缩空气升降机构

受流器头外形尺寸

根据EN50367

受流器头的宽度

1950mm

接触带的宽度

1250mm

接触带的材料

碳

运行高度（距轨面）

最小4950mm最大6500mm

与接触线的接触力（静态）

40-120牛顿（可调）

运行速度

运行速度：

300km/h

试验速度：

330km/h

单次试验运行：

350km/h

额定电压

25kV

额定频率

50Hz

额定电流（牵引工况）

700A

额定电流（静止工况）

60A

7.3.2.3工作原理

受电弓配备了一个压缩空气驱动的自动升降装置，当接触接触带破裂时驱动装置将降低受电弓。

在接触接触带的摩擦块中有一条沟槽里面充满来自驱动装置的压缩空气，如果摩擦块断裂压缩空气就会泄漏，底部驱动装置就会通过一个快速排气阀将受电弓降低，同时主断路器被触发以免由于电弧引起损坏。

同样的方式当绝缘舵杆损坏时以相同的方式进行控制。

在压力管路损坏的情况下，该自动升降装置通过塞门在运行状态时进行隔离。

自动升降装置列车控制系统集成将在

受电弓所有功能以及监控是通过各自的阀控制模块实现。

受电弓升起是通过一个安装在控制阀模块输入电缆中的电磁阀实现。

升弓时间通过输入电缆中的电抗设置。

降弓时间以及静态接触力以及自动升降装置中的压力开关的压力通过阀控制面板设置。

阀控制模块所需的压缩空气由MR管提供，当列车整备时辅助空气压缩机会被使用。

7.3.2.4工作方式

当单列动车组运行时，两个受电弓中的其中一个用于采集单相交流电。

为了实现这个目的，两个受电弓（动车组的两个牵引单元）通过车顶电缆连接。

在单列车运行过程中，两个受电弓的任何一个都具有相同的性能。

双牵引运行时，两个受电弓，每单元一个，升起。

车顶受电弓的安装位置和两受电弓之间的距离应以此来决定：

确保双牵引中有一个好的集电弓，基于200m或更长距离的受电弓的配置。

在动车组重联时，两个受电弓被升起（每列车各一个）。

即使重联运行，受电弓在车顶的安装位置以及两个受电弓间的距离需要被考虑。

当受电弓距离200m或更大时会发挥最佳集电效果。

在正常模式，单相交流电由动车组中优先使用的受电弓收集，受电弓的优先配置取决于列车的配置。

在发生故障的情况下，就会要求另外一种配置工作，这样就要限制列车的最高运行速度。

在故障情况下的最高运行速度

根据列车配置，列车控制系统通常会确定首选受电弓。

正常操作期间的首选受电弓的配置如图7-3-4：

DD行驶方向

图7-3-4首选受电弓的配置

如果首选受电弓被禁用或出现故障（例如，切断线路安全开关或空气压力损失），则可使用如图7-3-5的受电弓配置：

DD行驶方向

图7-3-5：

非首选受电弓的配置

由于分相段中存在隔离电源短路，如图7-3-6受电弓配置不能容许：

DD行驶方向

图7-3-6不容许的受电弓的配置

升弓：

将司机控制台上的受电弓拨动开关切换到“升弓”位置后，电磁阀通过SIBASKLIP模块激活。

采用以下方式可降弓：

•起动司机控制台上的受电弓拨动开关，将开关设置到“降弓”位置，或

•起动司机控制台上的受电弓拨动开关，将开关设置到“降弓并撒砂”位置，或

•断开EMERGENCYOFF（紧急停车）回路，或

•执行CCU的保护功能

•执行TCU的保护功能

7.3.3高压断路器

主断路器（MCB）用于开关连接的牵引单元的工作电流，以及在发生严重干扰时安全断开CRH3列车的两个互感器（LCT/TCT）与接触网。

严重干扰如过流、互感器故障或线路短路。

主断路器由压缩空气驱动。

•

7．3．3．1结构形式

主断路器设计成单极真空主断路器，具有内置弹簧式压缩空气作动器以及真空电弧放电室。

主断路器主要有用于顶部打开的盖板、作动器以及真空电弧放电室。

在主断路器的外部装有隔离开关。

监控、触发断路器以及断路器的保护是通过列车控制实施的。

诊断系统确保主断路器发生任何故障时都能被发现而且发出有关错误信号，接着发生故障的主断路器被锁闭。

断路器的结构参见图7-3-7。

图7-3-7断路器结构

7．3．3．2技术参数（见下表）

断路器主要技术参数见表7-3-3。

表7-3-3断路器主要技术参数

主断路器规范

额定频率

50Hz

额定电压

25kV

列车的标称电流

500A

短路电流（峰值电流）

40kA

瞬时耐电流值（有效值）

16kA

短路关断电流（有效值电流）

16kA

额定峰值电流（峰值）

40kA

断路器的机械服务寿命

开关动作（无电流条件下）

断路关断能力

>=400MVA

7.3.3.3工作原理

主断路器通过电磁线圈阀以及压缩空气触发后关闭，主触点闭合同时开启弹簧被锁住。

开启过程通过电磁触发（通过切断保持电流），即使主断路器正在关闭过程中。

从MR管获得压缩空气。

在列车整备时，可以从辅助空气压缩机获取压缩空气。

根据主断路器底座的位置，在一个单独底座上安装了接地隔离开关，在不工作状态下开关手柄处于水平位置，当转到主断路器两端的接地触点，此时手柄处于接地位置。

接地隔离开关可以在车内手动操作，联锁装置确保只有当列车高压系统与接触网断开后才能起作用。

为便于对高压系统进行维护和修理工作，主断路器上装有两极接地隔离开关。

隔离开关将主断路器的两端连接到工作接地点。

接地隔离开关为防短路装置，即使在接地隔离开关接合的情况下电源回流（例如，因接触网线坠落）系统也能保证安全接地。

主断路器设计为配有气动弹簧执行机构和真空灭弧室的单极真空主断路器。

它包括车顶打开用底板、执行机构和真空灭弧室。

在外部，主断路器配有隔离开关。

主断路器的开关和保护功能的监测和触发由列车控制系统执行。

诊断系统确保主断路器中出现的所有故障都会被检测到并用信号发送出去。

受影响的主断路器将停用。

在压缩空气的帮助下触发电磁阀可闭合主断路器。

主触点闭合，同时分闸弹簧夹紧。

断开程序以电磁方式（通过中断保持电流）触发，即使主断路器此时闭合。

压缩空气由MR管道供应，此外，辅助压缩机还用于在低MR压力时供列车使用。

接地隔离开关安装在单独的底板上，它位于与主断路器底板相对的一个规定位置。

将司机控制台上的拨动开关“主断路器”切换到位置“合”即可闭合主断路器。

执行该步骤只会使牵引单元中的主断路器和提升的受电弓闭合。

出现下列情况下通过KLIP信号激活：

•自身牵引单元中的主断路器已释放，及

•另一个牵引单元中的主断路器已释放或车顶线路隔离开关已断开，及

•自身牵引单元的牵引箱的线路断开器/预充电接触器断开（这种情况对分相段中的电压保持状态无效），及

牵引箱的线路断开器/预充电接触器断开或另一个牵引单元的车顶线路隔离器断开（这种情况对分相段中的电压保持状态无效），及没有触发EMERGENCYOFF（紧急停车）。

7.3.4接地开关

结构形式见图7-3-8。

闸刀通过支架安装在轴上，而轴、曲柄组装、连接杆组装以及操纵杆组装则组成一个传动机构，转动操纵杆，使整个传动机构进行传动，进而使得轴带动闸刀旋转一定的角度。

根据设计，在操纵杆从一端旋转180°到另一端时，闸刀也相应从“工作位”旋转102°到“接地位”或者从“接地位”旋转102°到“工作位”。

而控制其是否能够转动的则是锁组装。

锁组装共有3个锁，其中一个供蓝色钥匙使用，两个供黄色钥匙使用。

仅在蓝色锁被蓝色钥匙打开后，操纵杆才能从“操作”位置旋转到“接地”位置。

一旦旋转到“接地”位置，联锁机构就被带有黄色钥匙的锁锁在此位置，然后可把钥匙从锁中拔下来。

图7-3-8接地开关结构

接地点接通后支架嵌入主断路器两端的接地触点，停用时该支架处于水平位置。

接地隔离开关从车辆内部手动起动。

闭锁装置确保接地隔离开关仅可在车辆的高压系统与接触线断开后才能接合。

7.3.4防雷击装置

避雷器（SA1）安装在受电弓（P）后面，对电气设备进行保护，以防设备受到接触网（例如，闪电）过压损坏。

避雷器的下游装有线电压互感器（LVT），互感器用作列车控制系统接触网电压的记录器。

避雷器（SA2）安装在互感器（LCT/TCT）上游的高压系统的第二个避雷器（SA2）保护互感器，防止在主变压器断开期间出现不容许的高的开关电压。

主要技术参数参加表7-3-4。

表7-3-4

车顶避雷器规范

备注

额定电压

37kV

持续运行电压

30kV

31kV持续5分钟

标称放电电流峰值

10kA

在8/20µs下的最大剩余电压

100kV

压力放电

40kA

7.3.5网端检测装置

网端检测装置由电流互感器、电压互感器和回流互感器构成。

7．3．5．1结构组成

一个电压互感器有次边绕组每个绕组分别与一个受电弓连接，用于测量和监视电网接触线的电压，互感器位于受电弓与主断路器之间。

参见图7-3-9。

图7-3-9电压互感器

图7-3-10电流互感器

一个电流互感器同时被接到每一个主断路器中，用于测量动车组的电流。

电流互感器为直通式互感器。

另外两个互感器（电流互感器和回流互感器）用于监测主变压器。

这两个互感器用来测量牵引单元的线电流以及回流电流。

电流互感器位于主变压器的上段车顶，回流电流互感器位于主变压器下段安装在主变压器中。

参加图7-3-10。

与线电压互感器（LVT）相反，线路电流互感器（LCT）用作列车控制系统的线路电流的记录器。

还有两个电流互感器监测每个互感器的输入和输出电流。

根据两个电流之间的差值，列车控制系统可以检测主变压器出现的接地故障。

7．3．5．2技术参数

电压互感器主要技术参数参见表7-3-5，电流互感器主要技术参数参见表7-3-6。

回流互感器主要技术参数参见表7-3-7，

表7-3-5电压互感器主要技术参数

电压互感器的规范

备注

额定频率

50Hz

额定电压

25kV

实际变比

25kV:

150V/150V

额定功率

2x5VA

精度

0.5级

达到额定电压120%时的精度为0.5%

表7-3-6电流互感器主要技术参数参

电流互感器规范

备注

额定频率

50Hz

额定电流

500A

实际变比

500A:

1A

额定功率

4VA

精度

0.5级

达到额定电流20%时的精度为0.75%

表7-3-7回流互感器主要技术参数

回流互感器规范

备注

额定频率

50Hz

额定电流

250A

实际变比

250A:

1A

额定功率

2,5VA

精度

1级

达到额定电流20%时的精度为1.5%

7.3.6能量消耗计

为了测定能量消耗，每节车都具备电子能量消耗测量功能。

这一功能在列车控制系统中作为软件模块执行。

能量消耗测量功能不能校准，因此它不适用于计算能量消耗费用。

使用工作电流和电源电压互感器时，牵引操作和回复操作（电动制动）过程中消耗的能量都由列车控制系统测定。

为此，电流信号通过隔离变压器读入指定的中央控制单元。

电源电压信号通过隔离变压器读入相关的牵引控制单元（TCU）。

测定的电压值通过MVB传送到CCU。

如果测得的电压值合理，则CCU会接受这些值。

否则CCU会自己通过隔离变压器读入电压值。

这种情况下采用的原理是首先测量收集的或直接反馈到供应点处的能量，然后测定消耗量。

相关的CCU通常会测定与升弓有关的能量消耗，即，车顶线闭合时整车的消耗量。

列车的全部能量消耗量通过将单独的能量消耗值相加测得，然后显示在司机MMI上，分为牵引和能量反馈（电动制动期间）过程中的能量消耗量。

7.3.7高压电缆

7.3.7.1车顶线路隔离开关

车顶线路可由车顶线路隔离开关（RLDS）断开。

如果一个牵引单元的主电路系统出现故障，列车控制系统可隔离车顶线路，从而使另一个牵引单元可操作。

隔离开关通过压缩空气操作。

车顶线路隔离开关为单极开关，开关的外部留有隔离距离，内部装有气动执行机构。

与工作接地点的隔离通过支持绝缘子实现。

气动执行机构使一个绝缘子绕它的垂直轴旋转，连接至绝缘子的刀闸使主传导路径在各自的端位置断开和闭合。

电磁阀为双位阀，用于切换位置，电磁阀控制执行机构的动力缸。

这两个导阀由电脉冲触发，从而确定运动方向。

隔离开关没有其他最终位置联锁装置，在牵引模式下持续供应压缩空气。

压缩空气由MP（主风管）管道供应，或者在使用辅助压缩机时供列车使用。

使用CCU或由司机禁用司机MMI上的车顶线路隔离开关可自动断开车顶线路隔离开关。

通常列车组中的所有车顶线路隔离开关都将断开（在此之前，列车组中的所有主断路器都将断开）。

7.3.7.2车顶高压电缆

中间车上的车顶高压电缆为无卤柔性单芯电缆，它从车顶铝型材内穿过。

车顶管道到车顶下部设备区的转接部分已密封。

车转换部分的车顶线的封端也用作支持绝缘子。

在变压器车上，同型号的电缆作为供电电缆敷设至变压器。

车顶设备的连接电缆端部为热缩套密封。

电缆在车顶区敷设为曲线形状，在接近车端部分向下敷设到车侧，然后连接到地板下区域的主变压器。

高压弯插头是电缆的终端，同时它也形成了与变压器之间的连接。

7.3.7.3车顶高压连接装置

车顶（高压）线必须越过车之间的转换部分。

这由车端的支持绝缘子及支持绝缘子之间的双螺旋丝（双螺旋丝的托架固定在支持绝缘子上）。

双螺旋丝的这种布置确保了维持隔离距离。

双螺旋丝设计适用于车体之间的最大相对运动。

每根单螺旋丝的尺寸都有规定，以便可以承载最大工作电流。

如果一根螺旋丝脱落，另一根螺旋丝还可使其保持在原位。

可目视检查这种状况。

图7-3-11

图7-3-11车顶高压连接装置

7.3.7.4技术参数

车顶电缆主要技术参数参见表7-3-8。

表7-3-8

车顶电缆规范

适用标准

根据DINVDE0250第813部分（Ref.20）（05/1985）.

导体

IEC60228

55级

绝缘等级

DINVDE0207