动车组牵引系统技术分析及展望

动车组牵引系统技术分析及展望

李文斌   ,刘洋

     中车永济电机有限公司      山西   永济      044500

摘要：近年来，我国的交通行业有了很大进展，动车组也越来越先进。为了打造标准化、绿色智能化、经济适用的CRH6F-A型城际动车组，为国内、国际的城际和市域交通市场提供标准化车辆平台，本文首先分析了城际动车组牵引系统，其次探讨了新技术的展望及应用，以供参考。

关键词：城际动车组；牵引系统；技术发展；轻量化

引言

动车组是当前国内铁路运输的重要工具，其稳定性关系到我国的发展进程。高压供电系统是其关键的构成要素，假设该系统在列车行进中出现异常，将会严重影响到行车的安全性。

1城际动车组牵引系统

国内城际动车组以CRH6F-A型动车组为代表进行分析。该动车组采用4编组，2动2拖型式，为动力分散型交流传动系统。动车组分为两个动力单元，每个动力单元中，一台牵引变压器为一台牵引变流器提供交流电源，一台牵引变流器驱动四台并联的交流异步牵引电机。

1.1牵引变压器

动车组由受电弓从接触网获得AC25000V/50Hz单相交流电，通过真空断路器连接到牵引变压器的原边绕组，牵引变压器牵引绕组输出AC970V电源到牵引变流器。牵引变流器对变压器原边网压、网流信号进行采集，对变压器状态进行监视并保护。

1.2高压系统

高压系统结合现有复兴号高速动车组高压系统（AC25kV）供电电路，车顶上设有两架电弓，运行时采用单弓受流，在接触网供电时，一架受电弓升起给牵引回路供电，另一架受电弓则折叠备用，高压贯通母线设置电流互感器，用于故障检测。

1.3绕组线圈绝缘补强

能通过浸水试验说明绕组线圈绝缘材料未受到损伤，仅需对绕组线圈表面绝缘漆进行补强。首先对绕组线圈进行清洁，保证露出绕组线圈及绝缘漆的本色，然后对定子装配进行真空压力浸漆。虽然对绕组线圈进行的清洁无法保证将绕组线圈绝缘间隙和缝隙中的磁性灰尘完全清理，但通过真空压力浸漆的方式将残存的磁性污垢固定于线圈表面的固定位置，即使交替变化的磁场也无法使其在绕组线圈绝缘层之间往复运动，从而解决电腐蚀的问题。

1.4互感器

电压互感器按照动车组工作条件和技术特点，参照对应型号的用户手册程序实施例行检查，具体事项有：①清理设备外壳表层，同时判断其状态；②检查一、二次侧端的实际连接情况；③检查绝缘子的裙部以及相邻裙部之间的情况；④检测设备的二次侧的电阻情况。检修优化该互感装置，能选择在原本检测项位置，额外开展针对励磁特性与工频耐压等相关试验，以求更早找出绝缘子的薄弱位置以及短路情况。电流互感器的故障检修内容包括：①接线盒的密封效果；②铁芯品质；③磁芯表面有无腐蚀现象。鉴于动车组长时间运营的状态，可采取的优化方式有：①严格把控零部件的品质；②不断提升接线盒的密封效果；③要求设备生产方进行设计改进，提升IP级别，如采取打胶密封，避免出现腐蚀问题，提升应用性能；④优化硅胶密封技术，保证磁芯和外界完全隔离。

1.5牵引变流器

牵引部分由两个供电单元组成，牵引变压器牵引绕组输入的单相工频交流电首先经充电回路对直流回路的支撑电容充电，充电完成后闭合短接接触器。牵引工况时单相工频电网交流电经四象限PWM整流器整流为1800V直流电，再经逆变器逆变为VVVF三相交流电供给牵引电机。再生制动工况时牵引电机发出的三相交流电经整流、逆变后通过牵引变压器、受电弓反馈回电网。无火回送发电工况时，牵引变流器无火回送模块为中间直流回路进行升压，提供电机发电励磁所需的电流，牵引电机发电状态下的能量经过逆变器、中间直流回路为辅助逆变器供电，使辅助逆变器正常输出，保证车上辅助负载正常工作所需的电源。辅助逆变器从中间直流回路取电，经过逆变、降压和滤波后输出3AC380V。辅助逆变电路输出稳定的3AC380V交流电经三相电抗器、EMC滤波器和充电机模块得到两路稳定的DC110V电源，一路给蓄电池充电，一路供给110V母线作为列车控制电源，蓄电池充电具有温度补偿功能。牵引变换器还包括牵引控制单元(DCU)，可以根据驾驶员的指令完成牵引逆变器和交流异步牵引电机的实时控制和粘附利用控制。同时具有完整的故障保护功能、模块级故障自诊断功能和轻微故障自复位功能。外部连接列车总线(MVB)、电气传动系统和微机网络控制系统连接在一起，形成控制和通信系统。冷却介质通过水泵进入转炉主进水管，通过连接主进水管的软管连接到六个动力模块上，与动力装置进行热交换。与电源模块进行热交换后，热冷却介质通过软管回流到主出口管，主出口管中的冷却介质流入换热器。

2新技术的展望及应用

2.1大力开展动车组技术专利导航

促进建立动车组关键技术专利专题数据库，加强关键技术的挖掘与储备。围绕动车组关键技术开展专利导航分析，收集和统计全球专利信息，能为高铁产业发展提供精准专利导航规划和核心专利挖掘，为铁路企业优化产业发展提供重要参考。通过建立关键技术专利数据库，能协助技术研发人员及时了解全球最新的动车组相关专利技术信息，充分掌握高铁行业技术发展情况，跟踪国内外专利申请和布局态势，为启发技术研发人员寻找最前沿的技术创新突破点，提高研发起点，提供强有力的信息数据支撑。

2.2绕组线圈绝缘补强

能通过浸水试验说明绕组线圈绝缘材料未受到损伤，仅需对绕组线圈表面绝缘漆进行补强。首先对绕组线圈进行清洁，保证露出绕组线圈及绝缘漆的本色，然后对定子装配进行真空压力浸漆。虽然对绕组线圈进行的清洁无法保证将绕组线圈绝缘间隙和缝隙中的磁性灰尘完全清理，但通过真空压力浸漆的方式将残存的磁性污垢固定于线圈表面的固定位置，即使交替变化的磁场也无法使其在绕组线圈绝缘层之间往复运动，从而解决电腐蚀的问题。

2.3高频辅变技术

辅助供电系统是列车运行不可缺少的部分，目前轨道列车辅助变流器的常用技术分为工频辅变和高频辅变两种。相对于传统的工频辅变技术，高频辅变技术更符合未来辅助变流器高频化、轻量化的发展趋势。采用Boost+LLC谐振高频DC/DC+三相逆变的主电路拓扑，Boost预稳压电路能使输入电压稳定，LLC谐振变换电路具有诸多优良特性，如：变压器一次侧开关管实现零电压开通（ZVS）、小电流关断，变压器二次侧二极管零电流关断（ZCS），允许宽范围输入电压，较好负载变化适应能力等。该高频辅助变流器通过引入LLC谐振电路，省去了笨重的工频变压器，使整个系统的体积和重量减小，符合轻量化的趋势。同时，LLC谐振电路开关管均为软开关，工作效率更高。

结语

综上所述，通过对三种典型城际动车组牵引系统的分析总结，以及目前主流城际动车组牵引系统平台三大部件的详细分析，从平台谱系化、集成度、轻量化、舒适性及节能等方面对后续城际动车组牵引系统的开发提出了建议，并对未来城际领域牵引系统的牵引变压器轻量化技术、SiC器件应用技术、高频辅变技术和永磁同步电机技术提出了展望。随着这些技术的提升和完善，必将引起牵引系统的巨大变革，对轨道交通牵引系统技术的自主创新具有积极而深远的影响。

参考文献

[1]陈平安，周安德.“南洋之星”城际动车组牵引系统和辅助系统设计[J].电力机车与城轨车辆，2015，38（1）：9-13.

[2]丁懿，邹档兵，郑钢，等.双层动车组牵引系统关键技术分析[J].铁道机车车辆，2018，38（3）：47-50.

[3]章志兵，荣智林，姚中红.城际动车组交流传动系统[J].机车电传动，2015（5）：6-11.