1、第二章第二章 牵引供电系统牵引供电系统第一节牵引供电系统基本构成第一节牵引供电系统基本构成（一）动力单元的配置第一节牵引供电系统基本构成第一节牵引供电系统基本构成（一）动力单元的配置（一）动力单元的配置vCRH5CRH5型动车组牵引系统使用交直交传动方式，主要由受电弓、主断路器、型动车组牵引系统使用交直交传动方式，主要由受电弓、主断路器、附加断路器附加断路器、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25kV25kV的高压交流电的高压交流电，输送给牵引变压器，降压成，输送给牵引变压器，降压成1770V1770V的交流电。降压
2、后的交流电再输入牵引变流器，的交流电。降压后的交流电再输入牵引变流器，整整流成流成3600V3600V直流电，再通过牵引逆变器直流电，再通过牵引逆变器逆变成电压和频率均可控制的三相交流电，输送逆变成电压和频率均可控制的三相交流电，输送给牵引电机牵引整个列车。给牵引电机牵引整个列车。图2.1变压器变压器变流器变流器牵 引 电牵 引 电机机接触网接触网受电弓受电弓高压高压电缆电缆第一节牵引供电系统基本构成第一节牵引供电系统基本构成vCRH5CRH5型动车组牵引系统主变压器使用油冷方式，牵引变流器使用成熟的型动车组牵引系统主变压器使用油冷方式，牵引变流器使用成熟的IGBTIGBT技术。异技术。异步牵
3、引电机的功率为步牵引电机的功率为550kW550kW，采用体悬方式，由万向轴传递牵引力。动车组有两个相对，采用体悬方式，由万向轴传递牵引力。动车组有两个相对独立的主牵引系统，每个牵引单元配备一个完整的集电、牵引及辅助系统，以实现所独立的主牵引系统，每个牵引单元配备一个完整的集电、牵引及辅助系统，以实现所需的牵引和辅助电路冗余，其中一个单元由需的牵引和辅助电路冗余，其中一个单元由3 3辆动车加辆动车加1 1辆拖车构成（辆拖车构成（M-M-T-MM-M-T-M），另一），另一个单元由个单元由2 2辆动车加辆动车加2 2辆拖车构成（辆拖车构成（T-T-M-MT-T-M-M）。动车组编组及动力设备的配
4、置）。动车组编组及动力设备的配置 见图见图2.22.2图图2.22.2第一节牵引供电系统基本构成第一节牵引供电系统基本构成v正常情况下，两个牵引系统均工作，当一个牵引系统发生故障时，可以自动切断故正常情况下，两个牵引系统均工作，当一个牵引系统发生故障时，可以自动切断故障源，继续运行。障源，继续运行。每个动力单元带有一个主变压器和受电弓。在正每个动力单元带有一个主变压器和受电弓。在正常运行中，每列车只启用常运行中，每列车只启用1 1个受电弓。每个牵引个受电弓。每个牵引动动（力）（力）单元的牵引设备都由下列设备组成单元的牵引设备都由下列设备组成:1 1一个高压单元，带受电弓和保护装置；一个高压单元
5、，带受电弓和保护装置；2 2一个主变压器；一个主变压器；3 3两套或三套两套或三套IGBTIGBT水冷技术的主牵引套件；水冷技术的主牵引套件；4 4四台或六台异步牵引电机，底架悬挂，最大四台或六台异步牵引电机，底架悬挂，最大设计负载设计负载550kW550kW（轮缘处功率）（轮缘处功率）（二）主电路构成第一节牵引供电系统基本构成第一节牵引供电系统基本构成图2.3 第一动力牵引系统电路示意图第一节牵引供电系统基本构成第一节牵引供电系统基本构成图2.4 第二动力牵引系统电路示意图（改）第一节牵引供电系统基本构成第一节牵引供电系统基本构成（二）主电路构成（二）主电路构成v图图2.32.3为第一牵引单
6、元原理示意图，图为第一牵引单元原理示意图，图2.42.4为第二牵引单元原理示意图，第二牵引单元为第二牵引单元原理示意图，第二牵引单元与第一牵引单元及其相似，唯一的区别是少配备一个牵引与第一牵引单元及其相似，唯一的区别是少配备一个牵引/辅助变流器辅助变流器，增加一个附加，增加一个附加断路器断路器。第一节牵引供电系统基本构成第一节牵引供电系统基本构成v每个动力单元的牵引设备都由下列设备组成：每个动力单元的牵引设备都由下列设备组成：（1 1）高压电器单元具有受电设备、保护装置和主变压器，安装在高压电器单元具有受电设备、保护装置和主变压器，安装在TPTP和和TPBTPB车上。主变压器车上。主变压器采用
7、强制油冷却。采用强制油冷却。（2 2）第一牵引动力单元具有）第一牵引动力单元具有3 3个牵引个牵引/辅助变流器，第二牵引动力单元具有辅助变流器，第二牵引动力单元具有2 2个牵引个牵引/辅助辅助变流器，每台牵引变流器，每台牵引/辅助变流器驱动辅助变流器驱动2 2台牵引电机。牵引台牵引电机。牵引/辅助变流器获得可调节的辅助变流器获得可调节的（直（直流改为交流）流改为交流）电压，并驱动异步牵引电机的牵引和再生制动。每辆动车配置电压，并驱动异步牵引电机的牵引和再生制动。每辆动车配置2 2台异步牵台异步牵引电机，底架悬挂，单台电机设计持续功率可达到引电机，底架悬挂，单台电机设计持续功率可达到550kW5
8、50kW，并且车轮的直径差（在相同，并且车轮的直径差（在相同车轴上）接近车轴上）接近3mm3mm时也能够提供时也能够提供500kW500kW的负载。的负载。（3 3）牵引控制器）牵引控制器TCUTCU能够完成如下的功能能够完成如下的功能 控制设备发送牵引控制设备发送牵引/制动命令；制动命令；控制中间直流线电压和受电弓输入端的功率因数；控制中间直流线电压和受电弓输入端的功率因数；控制电机牵引控制电机牵引/制动转矩；制动转矩；进行电力设备的保护；进行电力设备的保护；对控制器本身进行自诊断；对控制器本身进行自诊断；（4 4）安装在）安装在M2M2和和MHMH车辆上的电气装置。车辆上的电气装置。（三）
9、牵引/电制动特性第一节牵引供电系统基本构成第一节牵引供电系统基本构成（三）牵引（三）牵引/电制动特性电制动特性v在正常负载条件下（定员载客）、平直线路、车轮平均磨耗（即车轮直径为在正常负载条件下（定员载客）、平直线路、车轮平均磨耗（即车轮直径为850mm850mm）和网压在）和网压在22.5KV AC-29KV AC22.5KV AC-29KV AC范围内时，列车的牵引性能如下：范围内时，列车的牵引性能如下：1 1平均启动加速度（平均启动加速度（040km/h040km/h）0.50m/s0.50m/s 2 2200km/h 200km/h 时的剩余加速度时的剩余加速度 0.11m/s0.11
10、m/s 3 3220km/h220km/h时的剩余加速度时的剩余加速度 0.09m/s0.09m/s 4 4250km/h250km/h时的剩余加速度时的剩余加速度 0.05m/s0.05m/s 5 5平均最大车轮平均最大车轮-磨耗粘着系数磨耗粘着系数 0.220.22 6 6爬行坡度（爬行坡度（100%100%牵引力）牵引力）3030 7 7在一个牵引变流器故障（在一个牵引变流器故障（80%80%牵引功率）条件下的爬行坡度牵引功率）条件下的爬行坡度30 30；8 8在二个牵引变流器故障或一个牵引变压器故障条件下在二个牵引变流器故障或一个牵引变压器故障条件下(可获得可获得60%60%的牵引功率
11、的牵引功率)的爬行坡度的爬行坡度 2727（连续运行）；（连续运行）；30 30（以（以73km/h73km/h速度运行速度运行25km25km）；）；9 9轮周处的最大牵引功率轮周处的最大牵引功率 5500kW5500kW；1010轮周处的最大牵引力轮周处的最大牵引力 302kN302kN；1111轮周处的最大制动功率轮周处的最大制动功率 5785kW5785kW；1212列车在全功率和一半故障条件下的牵引曲线，如图列车在全功率和一半故障条件下的牵引曲线，如图2.52.5所示。所示。第一节牵引供电系统基本构成第一节牵引供电系统基本构成图2.5牵引曲线强迫通风电机的连续曲线第一节牵引供电系统基
12、本构成第一节牵引供电系统基本构成v列车设有再生制动，可在列车设有再生制动，可在250250到到10km/h10km/h的速度范围内工作。在电分相区段，电制动不会的速度范围内工作。在电分相区段，电制动不会停止但会将再生的电流给辅助变流器供电，并通过制动电阻器消散能量，制动电阻器停止但会将再生的电流给辅助变流器供电，并通过制动电阻器消散能量，制动电阻器安装在车顶，靠自然通风。这样设计的目的是允许电阻制动的时间最长达安装在车顶，靠自然通风。这样设计的目的是允许电阻制动的时间最长达1010秒钟。再秒钟。再生制动可在电分相端部重新启动，如果在电分相区段的时间超过生制动可在电分相端部重新启动，如果在电分相
13、区段的时间超过1010秒钟，电制动会完秒钟，电制动会完全停止而且将自动起用空气制动。该列车装备有自风冷式盘式制动装置，每个动轴上全停止而且将自动起用空气制动。该列车装备有自风冷式盘式制动装置，每个动轴上装装2 2个，每个拖轴装个，每个拖轴装3 3个，并有弹簧控制的停放制动装置。个，并有弹簧控制的停放制动装置。v动车组常用制动为电制动和空气制动的复合制动，紧急制动仅为空气制动。电制动在动车组常用制动为电制动和空气制动的复合制动，紧急制动仅为空气制动。电制动在200km/h200km/h到到10km/h10km/h的速度范围内工作，在达到最大电制动的情况下，轮周处的最大制动的速度范围内工作，在达到
14、最大电制动的情况下，轮周处的最大制动力和功率如下：力和功率如下：1 1轮周处的最大制动力轮周处的最大制动力 205kN205kN 2 2轮周处的最大制动功率轮周处的最大制动功率 5785kW5785kW第一节牵引供电系统基本构成第一节牵引供电系统基本构成v最大常用制动和紧急制动性能相同：最大常用制动和紧急制动性能相同：v初速度初速度200 km/h200 km/h：1 1平均减速度平均减速度 0.79 m/s20.79 m/s2 2 2制动距离制动距离 2000 m2000 mv初速度初速度160 km/h160 km/h：1 1平均减速度平均减速度 0.79 m/s20.79 m/s2 2
15、2制动距离制动距离 1400 m1400 m 3 3列车制动特性曲线，列车制动特性曲线，如图如图2.62.6所示。所示。第一节牵引供电系统基本构成第一节牵引供电系统基本构成图2.6常用制动时速制动力曲线第二节第二节 牵引供电系统控制原理牵引供电系统控制原理（一）牵引变压器的控制原理第二节牵引供电系统控制原理第二节牵引供电系统控制原理（一）牵引变压器的控制原理（一）牵引变压器的控制原理v牵引变压器的控制由位于牵引变压器的控制由位于TPTP、TPBTPB车高压箱内的车高压箱内的CLTCLT（牵引控制单元）（牵引控制单元）装置负责，主要装置负责，主要的保护手段为切除变压器和减小牵引功率。的保护手段为
16、切除变压器和减小牵引功率。CLTCLT装置通过检测安装在变压器上的液位探装置通过检测安装在变压器上的液位探测器、油流继电器、测器、油流继电器、PT100PT100温度探针及压力释放阀等附件的状态来执行对变压器的控制温度探针及压力释放阀等附件的状态来执行对变压器的控制保护。保护。1 1过压保护过压保护 通过检测压力释放阀的状态来判断变压器油箱内的压力，一旦压力释放阀动作，将直通过检测压力释放阀的状态来判断变压器油箱内的压力，一旦压力释放阀动作，将直接切除变压器。接切除变压器。2 2冷却液循环不足保护冷却液循环不足保护 通过检测油流继电器的状态来判断油泵的工作状态，一旦油流继电器显示油流低，则通过
17、检测油流继电器的状态来判断油泵的工作状态，一旦油流继电器显示油流低，则根据冷却液的温度情况对变压器进行切除或减小牵引功率。根据冷却液的温度情况对变压器进行切除或减小牵引功率。3 3冷却液液位低保护冷却液液位低保护 如果液位探测器显示冷却液液位低，则直接切除变压器。如果液位探测器显示冷却液液位低，则直接切除变压器。4 4原边绕组的过载或者传感器故障保护原边绕组的过载或者传感器故障保护 通过读取原边电流互感器的电流信号来判断是否出现故障，如果存在故障，则切除变通过读取原边电流互感器的电流信号来判断是否出现故障，如果存在故障，则切除变压器。压器。第二节牵引供电系统控制原理第二节牵引供电系统控制原理5
18、 5冷却液温度保护冷却液温度保护 冷却液的温度保护必须结合冷却系统的工作状态来执行。冷却液的温度保护必须结合冷却系统的工作状态来执行。当当100=t100=t（温度）（温度）130130，1 1个油泵故障且个油泵故障且1 1个风扇不能全速工作，牵引功率为个风扇不能全速工作，牵引功率为70%70%。当当100=t130100=t130，1 1个风扇全速工作或两个风扇只能半速工作，牵引功率为个风扇全速工作或两个风扇只能半速工作，牵引功率为50%50%。130=t150130=t150，牵引功率为，牵引功率为70%70%。130=t150130=t150，1 1个油泵故障，牵引功率为个油泵故障，牵引
19、功率为0 0。130=t150130=t150，1 1个风扇不能全速工作，牵引功率为个风扇不能全速工作，牵引功率为50%50%。150150=t t，变压器切除。，变压器切除。6060 t t，风扇不工作，变压器切除。，风扇不工作，变压器切除。速度不为速度不为0 0，两个油泵故障，变压器切除。，两个油泵故障，变压器切除。6 6原边绕组绝缘损坏保护原边绕组绝缘损坏保护 通过读取变压器原边电流互感器通过读取变压器原边电流互感器TAPTAP和和TAP1TAP1的信号来判断是否存在故障。如果两个传感的信号来判断是否存在故障。如果两个传感器的差值大于器的差值大于50A50A，则切除变压器。，则切除变压器
20、。7 7冷却系统的工作状态保护冷却系统的工作状态保护 通过检测冷却系统电机的开关及热继电器的状态来执行保护。如果发现油泵或者风扇通过检测冷却系统电机的开关及热继电器的状态来执行保护。如果发现油泵或者风扇没有工作，则根据冷却液的温度情况对主变压器进行切除或减小牵引功率。没有工作，则根据冷却液的温度情况对主变压器进行切除或减小牵引功率。（二）牵引变流器的控制原理第二节牵引供电系统控制原理第二节牵引供电系统控制原理（二）牵引变流器的控制原理（二）牵引变流器的控制原理 牵引牵引/辅助变流器主要由两组四象限整流器（辅助变流器主要由两组四象限整流器（4QC4QC）、）、中间直流电路、制中间直流电路、制动斩
21、波器、动斩波器、牵引逆变器和一组辅助牵引逆变器和一组辅助变流器变流器组成。每一组牵引逆变器控制一台组成。每一组牵引逆变器控制一台568KW568KW牵引电机，辅助牵引电机，辅助变流器变流器向车载三相向车载三相400V/50HZ400V/50HZ用电设备供电。变流器的用电设备供电。变流器的主要功能是将牵引变压器降压后输出单相主要功能是将牵引变压器降压后输出单相AC1770V/50HZAC1770V/50HZ的电压，经四象限整的电压，经四象限整流得到流得到3600V3600V的中间直流电压，再经牵引逆变器输出电压频率可调的的中间直流电压，再经牵引逆变器输出电压频率可调的0 02808V2808V的
22、三相交流电压来控制每台电机；同时辅助的三相交流电压来控制每台电机；同时辅助变流器变流器从中间回路输入直流从中间回路输入直流3600V3600V电压经斩波降压逆变后输出三相电压经斩波降压逆变后输出三相400V/50HZ400V/50HZ的交流电压，为辅助系统的的交流电压，为辅助系统的设备供电。设备供电。第二节牵引供电系统控制原理第二节牵引供电系统控制原理v牵引变流器的控制基于牵引控制单元牵引变流器的控制基于牵引控制单元TCUTCU。四象限整流器控制计算是基于。四象限整流器控制计算是基于PWMPWM：正弦波：正弦波形与接触网频率锁定，调整幅值和相位，以保持直流环节为形与接触网频率锁定，调整幅值和相
23、位，以保持直流环节为DCDC3600V3600V，调节网侧电流和，调节网侧电流和电压之间的相位差，使其接近于零，相位控制由牵引变压器的高阻抗特性完成，这样电压之间的相位差，使其接近于零，相位控制由牵引变压器的高阻抗特性完成，这样可以将电网电流谐波减少至最低程度。牵引逆变器控制算法基于可以将电网电流谐波减少至最低程度。牵引逆变器控制算法基于“现场导向控制（矢现场导向控制（矢量控制）量控制）”，将直流连接电压、相电流和速度作为输入数据，调节参数为转矩和磁通，将直流连接电压、相电流和速度作为输入数据，调节参数为转矩和磁通。TCUTCU使用四种不同的使用四种不同的PWMPWM（异步和同步交叉、计算角度和方波）驱动（异步和同步交叉、计算角度和方波）驱动IGBTIGBT。牵引控制单元牵引控制单元TCUTCU的主要功能如下：的主要功能如下：1 1四象限整流器控制四象限整流器控制 2 2制动斩波器控制制动斩波器控制 3 3牵引逆变器控制牵引逆变器控制 4 4冷却系统监控冷却系统监控 5 5电制动控制电制动控制 6 6防滑防空转控制防滑防空转控制 7 7预充电控制预充电控制 8 8故障诊断故障诊断
