CRH2C型动车组牵引传动系统

第四章牵引传动系统第一节动车组牵引传动方式CRH2C型动车组采用交流传动系统，动车组由受电弓从接触网获得AC25kV/50Hz电源，通过牵引变压器、牵引变流器向牵引电机提供电压频率均可调节的三相交流电源（如图4-1所示）。图4-1牵引传动系统简图一、牵引工况：受电弓将接触网AC25kV单相工频交流电，经过相关的高压电气设备传输给牵引变压器，牵引变压器降压输出1500V单相交流电供给牵引变流器，脉冲整流器将单相交流电变换成直流电，经中间直流电路将DC2600~3000V的直流电输出给牵引逆变器，牵引逆变器输出电压/频率可调的三相交流电源（电压：0~2300V；频率：0～220Hz）驱动牵引电机，牵引电机的转矩和转速通过齿轮变速箱传递给轮对驱动列车运行（如图4-2所示）。图4-2牵引工况传动简图二、再生制动：一方面，通过控制牵引逆变器使牵引电机处于发电状态，牵引逆变器工作于整流状态，牵引电机发出的三相交流电被整定为直流电并对中间直流环节进行充电，使中间直流环节电压上升；另一方面，脉冲整流器工作于逆变状态，中间直流回路直流电源被逆变为单相交流电，该交流电通过真空断路器、受电弓等高压设备反馈给接触网，从而实现能量再生（如图4-3所示）。图4-3再生制动工况传动简图三、牵引电机采用三相鼠笼式牵引电机，其轴端设置速度传感器，实时检测电机转速（转子频率），对牵引和制动进行实时控制。M1车和M2车传动系统独立控制，某动车故障时，故障动车将被隔离，无故障动车可以继续为列车提供动力；当某个基本单元故障时，可通过VCB切除故障单元，而不会影响其它单元工作。图4-4为牵引系统主电路原理图。图4-4牵引系统主电路原理图第二节牵引系统构成及工作原理CRH2C型动车组牵引传动系统主要由特高压电器设备和主牵引电气系统组成，特高压电器主要作用是完成从接触网到牵引变压器的供电，主要包括：受电弓、主断路器、避雷器、电流互感器、接地保护开关等；主牵引电气系统主要作用是完成交流变频、直流调压、调整牵引电流的大小及相序、输出牵引力等，主要由牵引变压器、四象限变流器、牵引逆变器和牵引电机组成。一、牵引系统概述（一）系统原理动车组电源由接触网通过4号车或6号车受电弓进行受电，通过车顶上的特高压导线，经由VCB后被送到2号车、4号车或6号车的主变压器。车顶上安装有保护接地装置（EGS）,可使接触网接地短路。牵引变压器2次绕组侧设有2个线圈，1次侧的电压为25kV时，2次侧绕组电压则为1500V。牵引变流器安装在M1、M2、M3、M4、M5、M6车上，每台牵引变流器控制4台牵引电机。在牵引时向牵引电机提供电力、在制动时进行电力再生控制。如图4-5图4-5牵引电机采用三相鼠笼式感应电机，其轴端设置有速度传感器、用于检测牵引变流器测速以及制动控制装置的速度（转子频率数）。牵引系统故障时可分别对M1车、M2车切除动力，也可以通过断开VCB切除一个牵引单元。不影响另一个单元的牵引。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。整列动车组设两台受电弓，正常运行时，采用单弓受流，另一台备用，处于折叠状态。（二）牵引系统的组成CR2C有3个动力单元，T1、M1、M2是一个动力单元，M3、M4是一个动力单元，M5、M6、T2为一个动力单元。一个基本动力单元的牵引系统主要由网侧高压电气设备、1台牵引变压器、2台牵引变流器、8台三相交流异步牵引电机构成。基本动力单元如图4-6。图4-6基本动力单元（1）网侧高压电气设备主要包括：受电弓、主断路器、避雷器、电流互感器、接地保护开关等。受电弓（SSS400型）：每列车设两个受电弓，分设在4号车和6号车上。单臂型，额定电流500A，静态接触压力70±15N，弓头宽度1950mm，具有自动降弓功能，适应接触网高度为5300－6500mm，列车运营速度为300km/h。单列车运行时采用单弓受流、其它备用。两列连挂运行时采用双弓受流，通过设置控制连锁，使双弓之间的工作距离大于190m，确保动车组正常运行。主断路器：（CB201型）：主断路器全列车共2个。真空型，额定开断容量100MVA，额定电流AC200A，额定断路电流3400A，额定断开时间小于0.06s。高压电流互感器：全列车共2个。变流比200/5A，用于检测牵引变压器原边电流。避雷器（LA204或LA205型）：全列车共2个。额定电压42KV（RMS），动作电压（57KV）以下，DC限制电压107KV。接地保护开关（EGS开关、SH2052C型）全列车共2个。额定瞬时电流6000A（15周）。（2）牵引变压器（ATM9型）一个基本动力单元1个牵引变压器，全列车共3个。采用壳式结构、车体下吊挂、油循环强迫风冷方式。具有1个原边绕组（25KV、3060KVA），2个牵引绕组（1500V、2×1285KVA），1个辅助绕组（400V、490KVA）。采用铝线圈、轻量耐热材料和环保型硅油，重量2910kg，效率大于95％。（3）牵引变流器（CI11型）一个基本动力单元2个牵引变流器，全列共6个。采用车下吊挂，液体沸腾冷却方式。主电路由脉冲整流器、中间直流电路、中间整流电路、逆变器构成，采用PWM方式控制。中间直流电压为2600－3000V（随牵引电机输出功率进行调整），1个牵引变流器采用矢量控制原理控制4台并联的牵引电机。效率大于96％，功率因数大于97％。（4）牵引电动机（MT205型）每节动车有4台并联牵引电动机，一个基本动力单元8台，全列共24台。牵引电动机为4极三相鼠笼式异步电动机，采用驾悬、强迫风冷方式，通过挠性齿型连轴节连接传动齿轮。额定输出功率300KW，额定转速4140rpm。（三）牵引方式动车组采用动力分散交流驱动方式，在前后两端都设有司机室。在前端的司机室内进行操作。动车组（6M2T）在规定载客人数、平直线路、干轨运行的启动加速度0.406m/s2。定速范围为30～300k/h。电源方式为交流25KV，50Hz（特高电压连接、1个受电弓受电）。在最高电压31KV、最低电压17.5KV的电源变动范围内可正常运行。但是，额定输出只限于电源电压在22.5-31KV的范围内。CRH2C型动车组牵引特性曲线见图4－7图4-7牵引特性曲线二、网侧高压电气设备（一）受电弓1、概述CRH2动车组采用SSS400型单臂受电弓，适用于350km/h的运行速度。每列动车组在4、6号车设受电弓及附属装置，车辆间采用高压电缆连接。正常情况下，单弓受流，另一台备用，处于折叠状态。SSS400型单臂受电弓由底架、升弓装置、下臂、上臂、弓头、滑板及空气管路等组成。其外形结构图如图4-8所示。弓网故障时，为避免弓网事故的进一步扩大，受电弓设置自动降弓装置，主要功能如下：（1）受电弓滑板断裂、拉大沟槽、磨耗到限等损坏或绝缘导管断裂时，实现快速降弓。（2）降弓动作的同时，自动切断真空断路器，避免带负载降弓产生拉弧火花而损坏受电弓滑板和接触网导线。（3）自动降弓的同时，可实现声响和指示灯报警等功能，便于乘务员了解情况，及时采取措施。（4）可方便实现“自动降弓”和“正常降弓”功能的快速转换，即当“自动降弓装置”自身发生故障时，不影响动车组的正常运行及操作。图4-8SSS400型单臂受电弓2．主要技术参数最小绝缘距离：≥310mm额定电流：700A短路电流：35kA(60ms)车辆静止时最大电流：80A受电弓落弓时高度：650mm静态接触压力为80±10N最大集电头（弓头）宽度：1950mm(+0/-10mm)两根滑板中心线距离：约597mm滑板材料：渗金属碳弓角材料：部分绝缘最大上升时间：10s最大下降时间：10s到达绝缘的最大时间：3s，行程310mm左右在ADD释放后故障受电弓最大下降时间：到达绝缘位置：1.0s(200mm)在ADD释放后完好的受电弓最大下降时间：到达绝缘位置：1.2s空气压力：0.5～1.0Mpa连接形式及管径：内螺纹/G½’（二）真空断路器真空断路器用来断开、接通25kV电路，并作为故障状态的保护器件，兼有断路器和开关两种作用。当牵引变压器2次侧以后的电路发生故障时，能迅速、安全、准确地切断电路。CRH2采用CB201C型真空断路器型真空断路器，每列动车组配置3台真空断路器，每台真空断路器控制一台牵引变压器。CB201C型真空断路器（通常称为VCB）利用真空中的高绝缘性能电弧的扩散作用进行遮断，配置在动车底架下的高压设备箱内。1．结构真空断路器主要由三部分组成：（1）高压电流分断部分：由可开断交流电弧的真空开关管、静触头、动触头组成。动触头的操作由电空机械装置和合闸过程中的导向装置同时完成。（2）隔离绝缘部分：由安装在底板上的支持绝缘子绝缘、内部的绝缘导杆、恢复弹簧、接触压力弹簧组成。绝缘导杆连接电空机械装置合动触头。（3）电空机械装置（低压部分）：由空气管、压力开关、储风缸、调压阀、电磁阀、保持线圈、传动风缸及活塞组成。当空气压力达一定值时压力开关闭合，压缩空气方能进入储气缸。储气缸内的调压阀，用来调节储气缸内气压。真空断路器结构如图4-9所示。图4-9真空断路器外形结构图2．主要技术参数额定电压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额定闭合电流10000A额定瞬间电流4000A（2s）额定断路电流3400A额定开断时间≤0.06s（三）避雷器采用LA205型交流避雷器，避雷器由采用聚合物制成的瓷管与氧化锌组件组成。交流避雷器使用由氧化锌（ZNO）为主体的金属氧化物构成的高非线性电阻体的无间隙避雷器，保护从接触网发生的雷电涌或电路开闭引起的过电压对车辆变压器等机器绝缘的影响，且具有自动恢复功能。如果避雷器由于大电流而短路，内部压力异常上升，则通过特殊薄金属板的放压装置向外释放高压气体。(1)避雷器容器避雷器容器（聚合体绝缘管）的外皮采用的硅酮为主的难燃性红橡胶。难燃性红橡胶具有耐漏电起痕，抗老化，具有很强的抗冲击性。难燃性红橡胶是与FRP筒一体成形的，并且完成品的紧密结合性很高。(2)氧化锌元件避雷器容器内部安置有氧化锌元件。氧化锌元件主要成分为氧化锌的晶体被添加物构成的粒子层所包围着的烧结体，如图4-10所示具有非线性阻力特性。根据这个特性，能够把很大的雷电涌电压抑制在避雷器的限制电压值上，并且能够断开续电流。(3)压力释放装置如出现了超过性能的电涌而引起避雷器的绝缘劣化时，事故电流会引起避雷器的内部压力上升。此时压力释放装置开始起动，释放出内部压力防止避雷器容器的破坏、飞散等。(4)防振用橡胶为防止振动和冲击引起的避雷器的损伤，装备有防振用橡胶。(5)避雷器的内部气体避雷器的内部被抽成真空后，封入干燥的氮气密封好。图4-10V-I曲线1．主要技术参数额定电压AC42kVrms标准放电电流10kA（8*20us）持续运行电压AC33kVrms动作电压≥AC57kV（V1mA，DC即直流1mA电流流过时的端子电压）限制电流：5kA≤AC100kV10kA（标准）≤107kV耐放电量：冲击电流100kA（8*20us）矩形波400A，2周重量21kg2．工作原理避雷器是一种保护电器，用于限制电气设备运行过程出现的大气过电压及操作过电压，使电气设备免受过电压损害，减少系统的跳闸率及事故率。氧化锌避雷器是采用ZnO等多种金属氧化物制成的，利用其相当理想的伏安特性，其中线性系数只有0.025左右，使得避雷器处于正常工作电压时，流过的电流非常小，可认为是一种绝缘体；而当电压值超过某一动作值时，电流急剧增加，电流的增加反过来抑制住电压的上升，从而保护了机车的绝缘设备不被击穿。待电压恢复到正常工作范围时，电流相应恢复极小值，避雷器仍呈绝缘态，不影响系统的正常工作。一般来讲，避雷器的选择既要保证在正常工作电压下电流很小，且产品不易老化，又要保证在过电压下正常释放能量，使电压不会上升到损坏绝缘的程度，因此，考核避雷器主要有三个参