新型动车组牵引集成单元

沈晟+卫钢+连蓉

摘 要：文中介绍了新型动车组牵引集成单元的结构、原理及主要技术参数，重点讲述了牵引集成单元的参数仿真验证，分析了牵引集成单元的特点及创新性。

关键词：轨道交通；高速列车；牵引装置；技术参数

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2016）09-0048-03

0 引 言

铁路总公司重视专线长交路、夕发朝至、高舒适性的卧铺动车开行方案。卧铺动车适合中长途旅客出行需要，是铁路客运强有力的竞争模式。京沪、京津等铁路干线繁忙区间和重要短途铁路的开行车次已经饱和，在不增加开行车次、不消耗过多人力、不增加额外费用的前提下，急需通过开行双层动车组来提高运能。

客流量最大、覆盖经济最发达地区的京沪、京津高速列车，其检修、维护费用占年运营总费用的70%以上，并且动车组一次性采购费用高，致使运营单位亏损严重，目前这个问题困扰着各铁路局。节假日、春运等短期客流高峰造成的运量不平衡问题可通过灵活扩编列车来解决。既有动车组定点修和故障修需占用整列车，检修周期长、检备率高。急需实现故障列车快捷换修，降低列车检备率。

基于以上原因，十分有必要研制出一种可改变编组、便捷换挂拖车、动力单元完全互换、明显提高定员的新型动车组。而牵引集成单元是该动车组能否实现以上功能的关键[1，2]。

1 牵引集成单元的结构

牵引集成单元将所有牵引动力设备以集成单元的形式集中装配在一个动力车底部，即将牵引变压器、牵引辅助变流器、冷却系统集成为一体化的动车组牵引装置。牵引集成单元外形示意图如图1所示。

1.1 牵引辅助变流器

牵引变流器主要由两个四象限整流器和两个逆变器组成。两个整流器分别由牵引变压器的两个二次绕组供电，每台逆变器为两台并联的牵引电机供电[3]。

辅助变流器从中间回路取电，输出3相AC 380 V，50 Hz电压。

1.2 冷却系统

冷却系统为牵引辅助变流器和牵引变压器共用的冷却装置，为它们提供温度、压力适宜的循环冷却介质，为牵引变压器、牵引辅助变流器安全可靠运行提供工作条件。

1.3 牵引变压器

牵引变压器为牵引集成单元的供电装置，根据电磁感应原理实现降压并传输电能，将25 kV网压降至所需的输出电压1 430 V给牵引集成单元供电。

2 牵引集成单元的基本工作原理

动车组受电弓从25 kV的接触网获得电能，通过牵引变压器降压后供给四象限整流器，四象限整流器将牵引变压器二次侧单相交流电转变成系统要求的中间环节直流电。中间直流环节的直流电通过牵引逆变器，在牵引控制单元的控制下向牵引电动机提供电压、频率可调的电源，实现动车组的牵引制动和速度调节。辅助变流器从牵引变流器的中间直流回路取电，经逆变器、LC滤波、变压器降压后输出3 相AC 380 V/50 Hz交流电，辅助变流器并联运行为车上的辅助负载供电[4]。牵引集成单元原理图如图2所示。

3 牵引集成单元主要技术参数

牵引部分的额定输入电压为25 kV，额定输入电流为81.4 A，额定频率为50 Hz，额定输出容量为1 905 kVA，输出电压为3相AC 0～2 150 V，输出频率范围为0～230 Hz，冷却方式为水冷。

辅助部分的额定输出容量为230 kVA，额定输入电压为DC2 800 V，额定输出电压为3相AC 380 V，输出频率为50Hz，总谐波畸变<5%，冷却方式为水冷。

控制电源的额定电压为DC 110 V，电压范围为77V～137.5 V。

外形尺寸为7 000 mm×3 068 mm×720 mm，重量约为7000 kg，车底安装。

整车的总体指标要求：牵引变流器应能够保证动车组的每一个牵引单元在额定功率时的电流畸变率小于6.5%；单个牵引集成单元发挥额定功率时的等效干扰电流（Jp）<2.5 A。

经试验，牵引变压器一次侧电流的THD为1.08%，符合整车指标要求。基于以上数据，计算得到等效干扰电流Jp=0.665 7 A，符合指标要求。

5 牵引集成单元的特点及创新性

5.1 牵引装置高度集成

所有牵引动力装置采用集成化设计思想，采用一体化的整体顶部框架将各设备集成在一起，整体进行管路设计、电气、机械连接。整体拆卸、整体维护。

5.2 使动车组灵活编组成为可能

既有动力组均为动力分散性动车组，编组顺序是固定的，各牵引动力设备零散的分布在各动力车底部，不能灵活编组。

与动力分散性动车组不同，装配有牵引集成单元的新型动车组头部动力车配受电弓，可单车运行。所有中间动力车的形式完全一样，可单车互换。具备互换性的动力车和拖车可任意编组，使动车组具备灵活编组的特点。

5.3 提高动车组运能及舒适性

新型动车组拖车下不挂任何设备，为双层座椅客车，双层卧铺客车节省了大量空间，使双层客车的设计成为可能，不仅明显提高了运能且增加了双层客车的舒适性。

5.4 降低检修成本

配备有牵引集成单元的新型动车组能够方便摘解、换挂，因此缩短了临修时间，通过备用少量动力车能够压缩高级修周期，提高固定资产利用率。

6 结 语

动车组牵引集成单元的研制在国内没有先例，目前已知国外西门子公司做过样机。本文提出的概念、原理、技术参数以及仿真验证在原理设计上是可行的。但要真正转化为工程化产品依然存在着不小的难度。车下空间有限，留给牵引集成单元的设计目标尺寸非常苛刻，在如此狭小的空间内，结构设计、散热设计、走线设计以及工艺保证都存在不小的难度。尽管如此，我们也应该在动车组牵引电传动系统集成化领域进行有益尝试，为抢占技术制高点提供先机。

参考文献

[1]丁叁叁，张忠敏，何丹炉，等.城际动车组总体技术设计[J].机车电传动，2014（6）：10-15.

[2]梁建英，王松文，丁叁叁，等.我国城际轨道交通及发展[J].机车电传动，2014（6）：65-68.

[3]章志兵，张志学，姚中红.CRH2型动车组网侧变流器谐波研究机电感设计[J].机车电传动，2012（2）：65-69.

[4]刘建强.高速列车电气系统技术讲座第二讲高速列车牵引传动系统[J].电力电子，2011（3）：56-62.