动车组冷却系统维护策略分析

付云强 1 孙鹏帅 2

中国中车集团 唐山机车车辆有限公司 服务事业部 河北唐山 063035

摘要：本文阐述了CRH3型动车组主要设备（牵引变压器、牵引变流器、牵引电机）冷却系统的工作方式及工作原理。主要研究了季节对冷却装置的影响，并制定恰当的滤网清洁方案，达到节约清网成本的同时降低设备高温故障风险。

关键词：CRH3型动车组 牵引冷却系统 牵引变压器 空气过滤器

CRH3型动车组主要牵引高压系统均设置有冷却设备，冷却设备以油、冷却液等为介质，以风冷为主要方式，因此设备均设置有过滤网，为避免冷却器中堆积杂质过多影响冷却效果，需要定期进行清洁。但是在不同季节，滤网中堆积的杂质成分有很大不同，因此有必要对不同季节的清网问题进行研究，实现在节约清网成本的同时降低设备高温故障风险。

一、冷却系统滤网清洁维护概述

电网提供 25kv 50Hz单相工频高压电，经网侧高压电气设备传递给牵引变压器，牵引变压器将高压电降压后的单相工频（1550V 50Hz）输出给牵引变流器，牵引变流器将输入电流通过四象限斩波器进行整流、正弦滤波器滤波，脉宽调制逆变器逆变后，输出可以调频、调压的三相交流电，驱动三相交流异步牵引电机转动，通过齿轮箱带动车轮转动，列车运行。在这个能量转化和动力传递过程中，牵引变压器、牵引变流器和牵引电机的电气元件在工作中会产生大量热损耗，引起电气元件温度上升，如果温度超出元件所能承受的范围，牵引变压器、牵引变流器和牵引电机等将不能正常工作，甚至可能会使电气元件产生绝缘失效、着火等危险。因此，必须采用合适的冷却系统及时将牵引变压器、牵引变流器和牵引电机工作时产生的热量带走，这样才能保证牵引系统正常工作，从而保证动车组安全运行。

冷却系统的滤网拦截外部杂质，例如树叶、沙粒、杨柳絮等，杂质堆积过多时影响冷却效果，严重的会引发对应设备高温保护，降低牵引力，进而影响运营秩序，造成车组晚点。因此滤网清洁是非常重要的一项工作，加大清洁频率，对保障车组运营秩序能够起到非常积极的作用。但实际作业中，检修时间有限，需要在保证设备正常运转的情况下减少清洁频率，本文重点对该问题进行了深入研究。

二、牵引冷却系统调查研究

1.牵引变压器冷却系统原理

CRH3型高速动车组牵引变压器采用强油风冷的冷却方式。采用在牵引变压器周围安装强油风冷式冷却装置，它把变压器中的油，利用油泵打入油冷却装置中后再复回到油箱，油冷却装置做成容易散热的特殊形状，利用高功率风扇将外界空气经过空气过滤器过滤后的冷却空气吹过热交换器，把热量带走，使变压器油温度降低到设计要求的数值。在空气冷却式换热器中，被冷却的油是在封闭的管板通道内流动，空气则绕管板外侧流动。为了取得最大的冷却效益，通过介质循环泵和风扇使得冷却介质和空气以设定好的速度和压力流动。

2.牵引变流器冷却系统原理

CRH3型高速动车组牵引变流器采用强水风冷的冷却方式，冷却介质由水泵泵往牵引变流器外的热交换器, 利用高功率风扇将外界空气经过空气过滤器过滤后的冷却空气吹过热交换器，把热量带走，冷却介质经由热交换器冷却后流回牵引变流器,流入并行连接的牵引变流器所有的功率模块,与功率模块的散热板进行热量交换;然后再次由水泵泵往热交换器,如此循环往复。此外在冷却单元内还有膨胀水箱、压力传感器、温度传感器、液位传感器等保护和检查装置。依据牵引变流器冷却单元的工作原理,整个牵引变流器冷却系统的性能主要取决于热交换器散热的效果。

3.牵引电机冷却系统原理

CRH3型高速动车组牵引电机冷却系统采用风冷的冷却方式，高功率通风机将外界冷空气经过过滤器过滤后吹入到牵引电机风道中，负责给转向架两个牵引电机进行冷却。

4.空气过滤器

尽管CRH3型高速动车组牵引变压器、牵引变流器、牵引电机冷却系统冷却方式不一样，但是最终都需要进行风冷，都需要通过空气过滤器进行过滤。空气过滤器采用相同结构，使用冷却风机通过空气过滤器沿垂直于车辆的走行方向从外部抽入冷却空气。

外界空气通过过滤器时，空气中的尘埃粒子由于碰撞而减速，并且在重力作用下沉降，储存在集尘盒内。随着时间的推移，空气过滤器上吸附的尘埃粒子逐渐增多，通风量越来越少，冷却效果越来越差。当达到一定程度时，冷却系统不能满足实际要求时，会导致牵引变压器、牵引变流器、牵引电机过热，出于故障导向安全的原则，动车组控制单元起保护，给动车组正常运行造成极大的影响。

5、牵引系统温度控制逻辑

（1）.主变压器温度保护逻辑

在冷却风扇都正常的情况下，通过检测变压器输出油温进行诊断：

• • • 当105℃ < T ≤110℃时，降低输出功率。

    • 当110℃ < T ≤ 115℃时，切除牵引，封锁4QC；当温度T ≤ 100℃时，恢复正常。

    • 当T > 115℃时，断开VCB；当温度T ≤ 100℃时，恢复正常。

（2）.牵引变流器温度保护逻辑

• 当牵引变流器温度T>78℃时，产生诊断代码26E4：TCU: 达到过热限制，封锁4QC，当温度T ≤ 70℃时，恢复正常。

• 当入口温度高于60℃或出口温度或出口温度高于66℃时，产生诊断代码2688：冷却循环: 最大允许的运行温度超限，降低输出功率，当入口温度≤60℃或出口温度并且出口温度 ≤ 66℃时，恢复正常。

• 当入口或出口温度>85℃时，产生诊断代码269B冷却循环：达到过热温度限2，封锁4QC，当入口温度 ≤ 60℃或出口温度并且出口温度 ≤ 66℃时，恢复正常。

（3）.牵引电机温度保护逻辑

电机定子温度监控分预警和报警两级，传感器故障不限速；电机轴承温度监控分预警、报警和三级保护三级，仅发生温度传感器故障不限速。

6、空气过滤网清洁周期研究

冬天由于外界温度低，通风机大部分处于低速运行状态，通风量低，空气过滤网吸附的尘埃粒子速度慢，清网周期可适当延长。夏季由于外界温度高，通风机大部分处于高速运行状态，通风量高，空气过滤网吸附的尘埃粒子速度快，清网周期可适当缩短。每年四、五月份柳絮漫天飞的季节，动车组运行过程中，空气过滤网极易被柳絮堵死，此时需要缩短清洗空气过滤网的周期。

CRH3型动车组都安装铁科院远程数据传输系统（WDT），可以对牵引变压器、牵引变流器、牵引电机等温度进行实时监控。当发现温度超高时，在动车组回库后可以及时开展清理空气过滤器的工作。

经过长期观察实验制定了清洁牵引系统（牵引变压器、牵引变流器、牵引电机）空气过滤网周期如下：夏季：2天；冬季：10天；柳絮季节：2天

空气过滤网清洁方法如下：

（1）拆下牵引变流器冷却单元外部格栅

（2）拆下过滤器

（3）清扫过滤器表面杂物（羽绒）；用吸尘器（工作压力为大约 80 巴）将冷却空气通道表面及夹缝处杂物（灰尘、羽绒等）清除

（4）清洁格栅和过滤器，使用带有一个窄喷水口的喷嘴水枪清水清洗（使用 30 - 40°C 的净水，以避免产生蒸汽），按部就班地缓慢沿冷却空气通道移动；

（5）安装过滤器

（6）安装外部格栅

三、方案实施后成果

调研、测试确定的清网方案在现场进行了推广实施，按照调整后的清网周期执行，冬季可以缩短大量工时，节约了检修成本。柳絮期增大清网频率，可以及时将滤网上吸附的杨柳絮清除，提高散热器散热效率，有效避免了因滤网脏堵导致的车辆故障。并且结合远程数据监控，可以提前发现冷却效果不良的设备，对其进行重点清洁检查，起到查漏补缺作用。

四、结论

CRH3型动车组牵引冷却系统清洗空气过滤网的周期是有规律可循的，结合动车组远程数据传输系统实时对牵引系统温度状态的监控，因地制宜的制定牵引系统空气过滤器清洗周期，完全能满足CRH3型动车组牵引系统正常工作的要求。节约了检修成本的同时，降低了设备高温故障风险。

参考文献：

[1] 孙海荣,候红学,蒋洁,CRH3动车组牵引变压器冷却系统性能研究, 中国高新技术企业（中旬刊）,2013, (10).

[2] 蒋启伟, 牵引变流器冷却系统的研究. 2008年12月29日

[3] 赵培连, CRH3型动车组牵引变流器冷却系统RAMS分析, 2014, (21)