动车组高压牵引系统及检修策略研究

动车组高压牵引系统及检修策略研究

张帅1  陈阳2 阙光旭3

1中车长春轨道客车股份有限公司   

2中车青岛四方机车车辆股份有限公司

3中车长春轨道客车股份有限公司     

摘要：作为现代社会的一种中长途运输方式,高速铁路具有运能大、污染小、节约能源等优点。随着经济和社会的发展,高速铁路在人们的中长距离出行中占据比重越来越大。本文对动车组高压牵引系统进行详细介绍与分析。

关键词：动车组；牵引系统；高压

一、动车组高压牵引系统

中国标准动车组牵引系统采用对称式设计，每个牵引单元由两个动车和两个拖车组成,主要包括牵引变压器、牵引变流器、牵引电机以及牵引部件所需的冷却单元。

在牵引工况下，接触网的AC25kV高压电经过受电弓和主断路器之后传输给牵引变压器，牵引变压器将传输来的高压电降压后输出给四象限整流器；然后由四象限整流器进行整流，整流之后的直流电在经过中间直流环节稳压之后传输给牵引逆变器。牵引逆变器经过逆变处理输出电压和频率都可以控制的三相电输送给牵引电机，驱动牵引电机转动。再生制动工况下，牵引电机开始发电，电流在续流二极管整流后通过四象限整流器转换为交流电输送给电网。

牵引系统的结构主要包括牵引变压器、牵引变流器、牵引电机：

（1）牵引变压器。变压器是牵引系统中的重要部件，安装在没有驱动的转向架底部，用来将接触网的高压电降为车辆各电路所需的电压。变压器都设有冷却保护系统，主要是电子温度计实现牵引变压器的监控和保护。主变压器箱体是由钢板焊接的，高压电通过原边绕组与大地相接实现闭合回路，次边绕组为牵引变流器提供电能。

（2）牵引变流器。牵引变流器是牵引系统的核心部件，主要功能是把来自牵引变压器的电压最终转换为频率、幅值可调的三相交流电供给牵引电机，实现电能转换为机械能。

（3）牵引电机。牵引电机位于动力转向架上，通过温度传感器监测牵引电机的温度；为了防止牵引电机过热大多数采用强迫风冷的方式。牵引电机具有结构紧凑、体积小、功率大、重量轻、高效率的特征。此外牵引系统还包括控制装置在内的许多其他部件。

二、高压系统设备检修及优化

2.1 雾霾天气下受电弓绝缘子的检修与优化

雾霾天气会造成动车组高压闪污故障告警，主要由于受电弓绝缘子受到PM2.5颗粒物的污染。自2013年以来，华北地区的恶劣雾霾天气尤其严重，尤其是石家庄、郑州、保定、邯郸等地区。PM2.5是一种在空气动力学中当量直径小于2.5微米的颗粒物，可以长时间悬浮在空气中。由于还具有酸性特性，这种污染物会覆盖在动车组受电弓绝缘子螺栓，隔离开关表面，对配件具有腐蚀性，影响该配件的绝缘能力，从而造成高压闪污故障的发生。由于问题产生原因是细微颗粒附着在绝缘子表面导致绝缘特性下降，因此优化解决方案主要从更换配件、及时清洗、增加检测设备三方面入手。

（1）建议提高动车组高压系统受电弓绝缘子高度，以达到增强绝缘子绝缘性能的目的。

（2）制定科学合理高效的检修排班表，增加人力进行高压系统设备的擦拭,在入库检修时增派专人进行受电弓绝缘子的擦拭，确保列车安全运行，杜绝高压闪污问题故障。

（3）对动车组加装高压绝缘检测系统，高压绝缘检测装置作为常规设备，在每次动车组出库升弓前，使用该装置测试动车受电弓与主断之间高圧回路及相关设备等是否存在绝缘异常，用户辅助判断动车组高压供电系统是否可靠，防止盲目升弓烧毁接触网和受电弓。

2.2 避雷器的检修与优化

在四五级检修中，首先对避雷器表面进行灰尘清洗，其次对两边的绝缘子进行绝缘性能测试，确保绝缘性能在1000MΩ以上。同时还需要定期对绝缘子进行密闭试验，漏电实验等。

（1）漏电流试验。在避雷器两端施加42kV持续电压，通过避雷器上的阻性电流分量不得超过2.2mA。

（2）动作开始电压试验。避雷器两端施加直流电压（直流电压的脉动不大于±1.5%），待流过避雷器的电流等于1mA时读取电压值，其值应不小于50kV。

（3）密封试验（即耐劣化试验）。将避雷器在82℃的水中放置1h，取出放置1h后再放入2℃的水中1h，观察避雷器有无漏气现象；循环4次，每个循环之间间隔1h，避雷器在规定时间内应无连续性气泡产生。之后将完成密封试验的避雷器取出放凉至室温，进行电气性能判定。

而让避雷器的安装位置发生变化，可以使动车组的高压系统进行优化。主要就是将之前安装在真空断路器后方转变为安装在前方，以求将雷击过电压防护性能进行提升，将由于雷击而造成的设备受损数量进行减少，同时也将故障处理时更替受损设备的操作量进行减少。

2.3 电压互感器的检修与优化

根据动车组的实际运行环境以及技术特点，参照电压互感器用户手册的检修规程来对电压互感器进行例行检修，主要检修内容包括以下几个方面：

（1）对电压互感器表面清洁并进行状态检查

（2）对一次核二次侧端电气连接进行状态检查

（3）对绝缘子裙部和各裙部之间进行状态检查

（4）对电压互感器二次测电阻值进行测量

（5）对电压互感器的实际映射进行试验

而电压互感器的优化，可以在现有检测项点中增加电压互感器励磁特性、误差测量、工频耐压以及局部放电，提早将绝缘薄弱击穿点或匝间短路现象提早发现。

2.4 主断路器的检修与优化

主断路器的检修应该要先对主断路器的各零部件无损伤或变形现象进行缺乏，以保证连接器的插头没有出现破损的情况、插针没有出现烧损或是弯曲的情况，同时也要检查配线无老化现象。同时，还要对绝缘支撑瓷管内又无异物或是积水的现象进行检查，如若存在积水情况，便需要利用柔软的干布进行擦拭直至干净，将进水路径进行检查以及修复。

对于动车组而言，每次过分相需要1-3个（视动车组型号而定）真空断路器同时动作一次，如此便可以将主断路器的使用期限提升，并且将主断路器产生故障的几率降低。同时当受电弓升起车辆的主断路器无法闭合或者运行中主断路器无法宽开的时候动车组行驶过程中将其中一个主断路器闭合，可以将故障产生的几率减少，同时也将排查工作的次数进行减少。

2.5 接地开关的检修与优化

对动车组接地开关进行检修的方法主要通过两个方面：第一，对接触网带电情况下误操作司机室接地保护和按钮进行检修，发现受电弓在升弓状态下，接触网没有断电，是否造成很大的接地电流，是否造成变电所保护跳闸，接触网是否出现严重烧断的现象。第二，对保护接地开关没有断开直接操作隔离开关，在没有降下受电弓、断开接地开关EGS的情况下，是否形成巨大的放电电流进行检修。

而对于动车组接地开关的优化措施便是断开司机室内自动开关EGSN、将保护接地开关闭合按钮移至操作箱内，以及接地保护开关闭合电路。对接地开关闭合按钮进行了改造，有效防止EGS保护接地开关误操作故障的发生，确保动车组检修整备安全和正常运行。

结论

高速动车组高压系统是动车组的重要组成部分，是公车组高效稳定运行的基础。 通过对高压系统的原理分析，能够对整个列车供电传输有一个清楚的认识，为其进一步发展提供创新的思路。

参考文献

[1]张兆慧.动车组高压电气系统可靠性研究[D].北京交通大学,2019.

[2]沈来来,陈杰,况阳,等.高功率密度混合动力动车组牵引变流器研究[J].铁道学报, 2022(002):044.