一种“AC25kV+蓄电池”双源制机车牵引电传动系统

2021-09-10于保华

科技研究 2021年19期

关键词：变压器

于保华

摘要：本文介绍了一种双源制电力机车牵引电传动系统，牵引电传动系统关键部件及主电路结构组成，对关键部件进行了功能性描述。

关键词：双源制机车;网侧电路;变压器;变流柜;牵引电动机

引言

本文所介绍的机车是基于供电网受电式和蓄电池储电式的双源制“电—电”混合动力调车机车，采用清洁能源——电力作为调车机车的动力能源，具有绿色、环保、节能等技术优势，符合当前国家建设资源节约型社会要求。

双源制机车电传动系统是由网侧电路、牵引变流器和牵引电机等构成。整车采用轴控驱动模式，机车轴式为（C0-C0），每台机车配置2台牵引变流器，额定交流输入电压为AC25000V/50Hz，牵引蓄电池额定电压DC 1580V、容量1000kWh，接触网供电时轮周功率2400kW，蓄电池供电时轮周功率2000kW。

1高压电路原理

网侧高压电路包括了交流供电和蓄电池供电两个部分。

交流网侧高压电路主要有受电弓、避雷器、高压互感器、真空主断路器、接地开关、接地回流装置等组成，如图1所示。

直流网侧高压电路主要由蓄电池、高速直流断路器、熔断器、转换接触器及其电压电流传感器等组成，如图2所示。

交流供电模式时，交流电通过主断路器后进牵引变压器，变压器的次边牵引绕组为两重四象限提供电源，两重四象限工作把中间直流电压稳定在DC1800V 给逆变模块供电，两重主逆变器输出电压及频率可调的VVVF电压驱动牵引电机工作。同时，中间直流回路给辅助逆变器提供电源。机车在交流模式下电制动时，牵引电机生成的电能直接反馈回电网。

蓄电池供电模式时，直流电通过高速断路器、转换接触器进入变流器中间回路。蓄电池供电时，四象限模块不工作，两重主逆变器进行DC-AC变换，输出电压及频率可调的VVVF电压驱动牵引电机工作。机车在蓄电池模式下电制动时，牽引电机生成的电能经每架的2、3重四象限第3桥臂给蓄电池充电，进行储能，充电控制采用恒压限流模式。

库内充电电路主要包括库内充电插座，库内变压器、不控整流器、预充电电路等，库内电路可实现库内动车及为蓄电池地面充电的功能，库用电路如图3所示。

牵引变流器集成了辅助逆变器模块，辅助逆变器从并联的中间直流回路取电，逆变输出后经隔离变压器为辅助系统设备供电。在正常工况下，两台辅助逆变器分别提供变压变频（VVVF）和恒压恒频（CVCF）电源;某台辅助逆变器故障或其他原因导致某台牵引变流器整个被隔离时，另一台辅助逆变器向整个辅助系统提供CVCF电源，且满功率输出。辅助电路原理如图4所示。

辅助逆变器1输出变压变频三相交流电，经辅助变压器1变压、隔离、滤波后给4个牵引风机、2个冷却塔风机、2个机械间风机供电。

辅助逆变器2输出3AC380V/50 Hz三相交流电，经辅助变压器2变压、隔离、滤波后给机车压缩机、水泵、油泵、空调等定压定频辅助负载供电。

2主变压器

牵引变压器采用卧式结构，机车底架下挂式安装。变压器由1个25kV/50Hz的原边绕组、6个牵引绕组和1个220V辅助绕组，以及2个谐波电抗器构成。布置有压力释放阀、油流继电器、温度传感器等装置，具备压力保护、油流保护及温度保护等功能。

主要参数如下：

原边电压 25kV/50Hz

工作电压范围 17.5kV～31kV

牵引绕组电压 970 V

牵引绕组电流 660A

牵引绕组漏感 3.25mH±10%

二次谐振电感 0.35mH±5%

辅助绕组容量 80kVA

短路阻抗 40%

3变流柜

变流器主电路采用3重二电平四象限PWM整流器+3重VVVF逆变器模式。由三重四象限PWM整流器、三个VVVF逆变器、一个辅助变流器组成。辅助变流器并联到中间直流回路，辅助变流器输出经变压器后给辅助设备供电。蓄电池充电机集成在四象限模块内部，由每架的2、3重四象限的第三桥臂并联给蓄电池充电。

变流器模块采用水冷散热，冷却液由纯水和乙二醇按一定比例混合而成，通过柜体右下方的阀门输入，对变流器模块进行冷却，由柜体右上方的阀门排出;变流器安装有一个水-气热交换器，与冷却风机集成在一起，用于变流器柜体内部的空气循环与降温，防止出现局部过热点;变流器模块、热交换器与水冷管路全部采用快速接头连接，方便快捷插拔，不需要排放冷却系统中的冷却液。

牵引变流器主要参数如下：

标称输入电压 AC970V

标称输入电流 491A（在25kV时）

额定输入频率 50 Hz

中间电压 DC 1800V

标称输出电压 1400V

标称输出电流 566A

最大输出电流 588A

效率 ≥97.5%

控制电压 DC110V

波动范围 DC77-137V

控制单元消耗功率 550W