CRH1A-A车组牵引系统初步分析

CRH1A-A车组牵引系统初步分析

姜波 岳洪深

中车四方车辆有限公司BST公司市场和检修部

摘要：本文对CRH1A-A动车组牵引系统重要组成部分做了简要介绍，并对一些软件逻辑及故障原理做了简要分析，阐述网侧脱扣回路及控制回路对LCB及RS的影响。网侧脱扣回路受控于LCM、MCM及主变压器状态，控制回路控制LCB和RS的闭合/断开以隔绝故障单元组，控制高压电能否供给主变压器。来自接触网的25KV高压电（单相交流）通过主变压器变压为903V后流经LCM转变为1650V直流电，然后分成如下部分：经过MCM后转变成用于牵引的三相交流电，经过ACM后转变成用于空调等用电设备的400V的交流电。

关键词：动车组；牵引；系统；控制

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2. 绪论

CRH1A-A型动车组是交-直-交电力牵引列车，牵引变流器首先将来自受电弓的单相交流电转换成直流电，这一功能由LCM实现；该直流电又被MCM转换成三相交流电供给三相交流异步牵引电动机，通过对LCM和MCM的控制实现列车的牵引、调速及制动功能。牵引控制（Propulsion Control）是车辆控制（VC, Vehicle Control）系统中相对独立的一个子系统，它挂在列车基本单元TBU内部的MVB（Multifunctional Vehicle Bus）总线上，通过MVB总线接受司机室的控制命令，也通过MVB总线传送车辆运行信息到主控计算机作进一步的处理与显示。

2 CRH1A-A牵引系统简介

动车组牵引系统的主要任务是将主变压器输出的电能转化成动车组轮轴牵引力，各动力单元原则上通过列车总线（WTB）控制，在基本动力单元中的电气设备发生故障时，可全部或部分切除该基本动力单元，不应影响到其它动力单元。动力单元内部的控制则通过多功能车辆总线（MVB）实现。PCU是牵引控制的核心，通过MVB总线实施对网侧变流器DCU/L、电动机变流器DCU/M、充电器BCC/I等的监控，变流器DCU/x、充电器BCC/I等均是具有高度自治功能的智能单元，能够独立实现PCU的控制指令并自动将状态信息传送到牵引MVB总线上。

3 牵引系统设计

牵引系统是动车组的重要组成部分，直接影响到列车的安全运行，CRH1A-A动车组牵引系统主要由LCM、DC环节、MCM及牵引电机组成。

3.1网侧变流器模块LCM

网侧变流器模块（LCM）是电力牵引系统的一部分，CRH1A-A型动车组的LCM是基于IGBT的两重四象限变流器，其基本任务是整流，并能在再生制动时实现有源逆变，把电能反馈输送到电网。输入的AC电压由主变压器的二次绕组（牵引绕组）提供，其输出为电动机变流器模块（MCM）和辅助变流器模块（ACM）提供DC电压；在动力制动过程中，通过LCM的能量传输反向，电能从LCM输出给主变压器的次级，进而反送到AC电网。

变流器上电工作后，DCU看门狗计数器开始工作，从0至32767循环计数，DCU将数值通过MVB通信发于PCU。在PCU中，将接收到的看门狗计数值进行前后比较。若数值一直在变化，表明MVB通信正常；若数值保持不变超过一定时间，表明MVB通信异常。PCU将对DCU发出关机保护的指令，并报出“DCU/L MVB通信故障”。

3.2 DC环节

DC环节在此作为普通名称, 指与其共同形成滤波器的设备，稳定DC电压和接地电压。DC环节既作为LCM、MCM和ACM的DC电压源，又作为能量缓冲器。DC环节电容器包括四个电容器，分别位于LCM、MCM和ACM中，形成LCM、ACM和MCM之间的能量缓冲器。DC环节电容器为DC环节滤波并稳定DC环节电压，它具有足够的容量将DC环节的电压波动保持在允许的限制范围内，并能精确控制变流器。

DC环节中点接地装置包括一个电路, 含与电容器串联、并联的电阻器，而电容器分别与DC-和DC+串联。接地故障保护装置包括显示装置和两个电阻器。为了限制DC环节和电机中的电压值，变流器在中心点接地处通过电容器和电阻器接地。因此，完全充电的DC环节，只有一半的电压接地。这种方式额外的好处是能够迅速探测到接地故障

接地开关是一种安全装置，确保在变流器箱内进行维护时没有有害电压施加到变流器主电路上。接地开关连接DC+和DC-接地，且只能通过互锁系统的一个钥匙才能闭合，其中第一必要的步骤是将车顶高压设备接地。设备上的辅助触点给DX装置发送信号以表明其状态。接地开关闭合时，四个钥匙可以用来打开变流器箱上的三个盖板和滤波器箱上的一个盖板。只有当接地开关中的所有四个钥匙全部到位时才能打开接地开关。

3.3电动机变流器模块MCM

电动机变流器将直流环节电压转换成可变电压、可变频率的三相变频电源供电牵引电动机，直接实现三相异步牵引电动机的运行控制。在动力制动时MCM又可将牵引电动机发出的三相电转变成直流电，实现功率逆向传递。在功率转换过程中，MCM还具有故障检测和保护的功能。

3.4牵引安全回路

牵引安全回路由非主控端供电，经过车端跨接线、全部门关闭继电器、停放制动释放继电器传至主控端（定义为牵引安全回路1），最后经过返回非主控端（定义为牵引安全回路2），牵引安全回路有4个监测点， TCMS通过4个监测点的反馈来判断牵引安全回路故障点和故障严重程度。

3.5 LCM和MCM引起的主断路器断开保护

CRH1A-A动车组设置有网侧脱扣回路，每一个基本单元有一个独立的网侧脱扣回路，单元中的任意单元检测到变流器严重故障、变压器油位太低、高压系统主回路过电流等故障时，主断路器通过硬线回路自动断开。

基本单元内回路供电电流走向如下图所示。红色指示线为所有模块系统正常工作时电流走向， TP车流经主变油位常开触点；MC和M车流经变流器的LCM、MCM1、MCM2三个脱扣TRIP常开触点。

主断路器硬线回路因变流器模块故障等原因断开，主断闭合继电器处于常失电状态，导致闭合主断硬线供电失效。TCMS发出闭合主断命令后，无法接收到主断闭合反馈，将会输出打开主断信号。

4 试验验证

该牵引系统能满足最高运营速度250 km/h，最高试验速度275 km/h,满载启动加速度≥ 0.6 m/s²，250 km/h 时的剩余加速度0.05 m/s²的设计要求。

5 结论

该动车组在中国沿海城市已运行5年，整体运行良好。牵引系统整体性能满足CRH1A-250铝合金动车组供货技术条件规定的加速度（启动加速度、剩余加速度）、轮周功率（最大及持续轮周功率）、功率因数、效率、谐波、牵引及制动特性等要求，具备足够的牵引能力并配备有完善的牵引控制系统，以实现在故障情况下最大限度发挥列车的牵引性能，维持列车正常运行。

6 参考文献

[1] 唐阳 动车组技术 西南交通大学出版社 2010.

[2] 严隽耄 车辆工程 中国铁道出版社 2011.