高速动车组用户培训-牵引高压系统

南车四方机车车辆股份有限公司牵引高压系统高速动车组用户培训2012年09月06日南车四方机车车辆股份有限公司一、特高压电气系统二、主牵引电气系统南车四方机车车辆股份有限公司特高压电气系统1、系统原理包含部件：受电弓保护接地开关EGS高压电缆及高压连接器故障隔离开关高压电压互感器高压机器箱真空断路器VCB避雷器电缆接头南车四方机车车辆股份有限公司特高压电气系统1、系统原理系统原理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、电缆接头。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。系统原理接线见附图01。南车四方机车车辆股份有限公司特高压电气系统1、系统原理关键部件作用保护接地开关EGS将高压系统强制性接地，以确保车辆维护时人员的安全。真空断路器VCB在需要的情况下自动断开主变压器的供电。故障隔离开关在特殊情况下（如受电弓出现故障）强迫断开受电弓和车顶高压电路之间的连接。南车四方机车车辆股份有限公司特高压电气系统1、系统原理冗余设计整列动车组设两台受电弓(4号车、6号车），正常运行时，采用单弓受流，另一台备用，处于折叠状态。南车四方机车车辆股份有限公司特高压电气系统2、系统布置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、4号车和6号车的车下均设高压机器箱；2、3、4、5、6、7号车之间的车顶上设置特高压电缆连接器。特高压电气系统设备布置见下图。南车四方机车车辆股份有限公司CRH2、380A动车组高压系统组成：高压系统主要由受电弓、高压隔离开关、网压互感器、保护接地开关、特高压电缆、高压电缆接头(含T型、直线型、3分岔)组成。单元布置图电压互感器南车四方机车车辆股份有限公司CRH2、380A动车组车顶高压结构图车顶车下CRH2、380A动车组车顶高压结构：受电弓网压互感器高压隔离开关T型电缆接头保护接地开关电缆接头高压电缆VCB及避雷器南车四方机车车辆股份有限公司特高压电气系统3、大部件主要技术参数受电弓型号：DSA380结构：单臂受电弓额定电压：25kV额定电流：1000A静态接触压力：80N(可调)最小电气间隙：310mm最大上升时间：10s最大下降时间：10s工作高度：916mm-3080mm（含绝缘子）南车四方机车车辆股份有限公司特高压电气系统3、大部件主要技术参数保护接地开关EGS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：DC100+10-30V结构：为耐寒耐雪结构，设防冻电热器（AC100V100W）南车四方机车车辆股份有限公司特高压电气系统3、大部件主要技术参数故障隔离开关当车顶设备发生故障时，能将故障部分隔离，维持动车组运行。它的存在可大大减少因车顶设备故障而造成的机破事故，保证动车组的安全运行。额定电压30kV额定电流700A额定频率50Hz短时耐受电流16kA×1s控制电压DC100V最小动作电压DC77V额定工作气压400～1000kPa最小动作气压350kPa南车四方机车车辆股份有限公司特高压电气系统3、大部件主要技术参数高压电压互感器CRH380AL动车组采用LOCO3高压电压互感器检测接触网电压。电压互感器工作时，一次侧直接接到被测的高压电路，二次侧接电压表或功率表的电压线圈。电压互感器变比25kV/100V额定负荷300VA输出精度1.0级南车四方机车车辆股份有限公司特高压电气系统3、大部件主要技术参数电缆及电缆连接器特高压电路全部采用车顶走线，高压单元1从2号车连到8号车前方，高压单元2从10号车连接到14号车。2、3，6～8车，10、11、13号车二位端及14之间车顶的电缆规格为60mm2，各变压器到高压电缆连接器之间的电缆规格为60mm2，其余电缆规格全部为150mm2。车号23456781011121314T型电缆连接器22三分叉电缆连接器111直线型电缆连接器121212112121车底电缆连接器（高压设备箱内）1111111南车四方机车车辆股份有限公司特高压电气系统3、大部件主要技术参数电缆及电缆连接器高压电缆有60mm2和150mm2两种规格。高压电缆接头有直线型电缆接头、三分叉接头、T型接头。南车四方机车车辆股份有限公司特高压电气系统3、大部件主要技术参数真空断路器VCB真空断路器是为了当牵引变压器在二次侧以后的电路中发生故障时，为迅速、安全、确实地断开过电流为目的安装的，同时、它也是平常开闭主回路一种开关，兼具断路器和开关2种功能的机器。南车四方机车车辆股份有限公司特高压电气系统真空断路器VCB–型式：CB201型–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：0.08s以下–额定闭合电流：10000A–额定瞬间电流：4000A（2s）–额定断路电流：3400A–操作方法：电磁控制空气操作方式南车四方机车车辆股份有限公司特高压电气系统3、大部件主要技术参数交流避雷器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。额定电压：AC42kV（RMS）动作电压：AC57kV以上限制电压：AC107kV以下南车四方机车车辆股份有限公司一、特高压电气系统二、主牵引电气系统南车四方机车车辆股份有限公司主牵引电气系统1、系统原理主电路基本动力单元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。主电路电气原理图见附图01。南车四方机车车辆股份有限公司主牵引电气系统1、系统原理主电路系统以M1车、M2车的两辆车为1个动力单元。受电弓从接触网25kV、50Hz单相交流电源受电，通过主断路器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1658V。在M1车、M2车上设牵引变流器，分别装载脉冲整流器2台、逆变器3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。南车四方机车车辆股份有限公司主牵引电气系统1、系统原理牵引电机采用三相鼠笼式异步电机，其轴端设置速度传感器，向牵引变流器、制动控制装置提供转速信号（转子频率）。当设备故障时，M1车和M2车可分别使用（用远程控制切除故障车）。另外，整个基本单元的动力可使用VCB切除，不会影响其它单元工作。单元内每个动车的动力也可以单独切除，而不影响另外一个动车的工作。南车四方机车车辆股份有限公司主牵引电气系统2、系统布置2、4、6号车车下各设一台牵引变压器，而2号车（M1）、3号车（M2）、4号车（M3）、5号车（M4）、6号车（M5）、7号车（M6）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。各设备的布置见附图03。南车四方机车车辆股份有限公司主牵引电气系统3、大部件主要技术参数牵引变压器南车四方机车车辆股份有限公司主牵引电气系统3、大部件主要技术参数牵引变压器线圈结构:牵引绕组2组、辅助绕组1组方式:壳式无压密封方式冷却方式:油循环风冷方式、硅油效率：95％以上（额定载荷条件）绝缘种类：特A级南车四方机车车辆股份有限公司主牵引电气系统3、大部件主要技术参数牵引变压器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4175kVA3655kVA520kVA电压25000V1658V400V电流167A1102A×21300A频率50Hz50Hz50Hz额定种类连续连续连续南车四方机车车辆股份有限公司主牵引电气系统3、大部件主要技术参数牵引变流器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。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。功率半导体IGBT或IPM：3300V、1500A钳位半导体：3300V、1500A南车四方机车车辆股份有限公司主牵引电气系统3、大部件主要技术参数牵引变流器控制方法脉冲整流器部分牵引变压器牵引绕组输出的AC1658V、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2800V～3100V控制和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3100V电压，向牵引变压器供应AC1658V、50Hz。另外，主电路的输入通过交流接触器K实施。南车四方机车车辆股份有限公司主牵引电气系统3、大部件主要技术参数牵引变流器控制方法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。南车四方机车车辆股份有限公司主牵引电气系统3、大部件主要技术参数牵引变流器保护功能系统具有完善的保护功能。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)。控制装置牵引变流器控制为软件控制，调节装置免维护。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。南车四方机车车辆股份有限公司主牵引电气系统3、大部件主要技术参数牵引变流器性能参数：⑴形式：TGA10A⑵脉冲整流器：单相电压3点式PWM脉冲整流器⑶逆变器：3相电压3点式PWM逆变器⑷额定参数:输入：1884kVA(单相交流1658V，974A，50Hz)中间直流电路：1835kW(直流3100V，432A)输出：2017kVA(三相交流2300V，448A，0～220Hz)效率：96％以上（在额定载荷条件下，除辅助电路外）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）⑸开关频率:脉冲整流器：1250Hz逆变器：500～1000Hz南车四方机车车辆股份有限公司主牵引电气系统3、大部件主要技术参数牵引变流器结构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。南车四方机车车辆股份有限公司主牵引电气系统3、大部件主要技术参数牵引变流器主电路结构图CONVERTERINVERTERUd1Ud2IN1IaIbIc次边电压（AC1500V）直流电压（DC2600V~3000V）逆变电压（AC2300V）南车四方机车车辆股份有限公司主牵引电气系统3、大部件主要技术参数牵引变流器脉冲整流器控制主要控制功能参数–主电路控制方式：单相电压3点式PWM调频脉冲整流器。–脉冲整流器输入电压：1500V、50Hz–中间直流电压：3000V–脉冲整流器载波频率：1250Hz–脉冲整流器载波相位差设定：单元间载