CRH3型高速动车组（通用4篇）
CRH3型高速动车组 篇1
引言
随着科技的不断发展,动车组以其舒适、经济等优点逐渐成为我国高速铁路发展的重点,其服务质量不断的提高,成为旅客出行的首要选择。旅客的乘车安全显得越来越重要,动车组的火灾报警系统能够及时发现火灾,以确保乘客的人身安全[1]。
1 火灾报警系统的组成
火灾报警系统对CRH3型高速动车组的火灾危险区域进行监控。火灾报警系统安装于列车中必须进行监控的区域,包括一个烟气探测控制单元(SDCU)、一个线性热探测器(LHD)及多个光学烟气探测器(SD)[2]。火灾报警系统结构图如图1所示:
在图1中,各线路表示意义如下:
(1)烟气探测系统所需的DC 110 V电源;
(2)SD所需的DC 24V电源;
(3)由SDCU及SD构成的CAN总线信号回路;
(4)LHD与SD接口相连的信号回路,测量值通过信号回路传送到SDCU;
(5)SDCU与列车控制系统的输入输出站(SIBAS KLIP)相连的公共信号线,烟气探测系统通过公共信号线将其状态(公共报警、故障及准备就绪)报告给列车的中央控制单元(CCU)。
SDCU接收来自SD的信息,并对系统故障进行监控;LHD用于监控变流器区域,LHD带有两个CAN总线接口及一个输入/输出接口;SD探测烟气及高温,并将此信息通过信号回路传送至SDCU,所有SD的DC 24V电源均由SDCU提供,各SD构成不同的火灾报警线路(每个火灾报警线路有相应的继电器),且与SDCU形成信号回路。
一节车厢中的所有SD及SDCU均通过CAN总线信号回路连接。每个SD可生成一个报警信号、一个故障信号和一个准备就绪信号,这些信号可通过CAN总线信号回路传送至SDCU,此外,SD的维护及诊断信号也可通过CAN总线信号回路传送至SDCU,SDCU处理该类信号,并将结果显示在自身的显示单元及信号线上。一节车厢中的SD及LHD归在一起集中送至六个信号线,SDCU在每个信号线上可生成一个报警信号,且在每个车厢中生成一个公共报警、故障及准备就绪信号。
2 火灾报警系统的功能
2.1 控制功能
当发生火灾时,SD检测到烟气或高温,通过CAN总线将信号反馈给本车的SDCU。SDCU得到信号后检测出发生火警的位置,断开该位置的继电器,此时,本车的群报警继电器也会失电,相应的触点断开,整列车的火灾报警环路断开。同时,中央火警系统被触发,并将信息反馈给本车的KLIP站,KLIP站将报警信息反馈给CCU。最后接通火警蜂鸣器发出声音,并由中央火警系统触发司机室声光报警。
2.2 火警监视
通过SD可以检测列车上是否有火灾发生,列车控制网络会对火灾报警情况进行监视。如果发生火灾,受监控区域的SD感应到烟气或高温,则相应继电器失电,常开触点断开,由中央火警系统触发司机室声光报警,并通过KLIP站将此状态反馈给CCU。CCU将火警信息通过列车控制网络传输给人机界面(HMI),HMI显示列车上是否发生火灾及火灾报警的具体情况。
2.3 火警测试
若在动车组进入整备模式前将列车的维护模式激活,在整备运行的情况下,在列车的占用端会产生火灾报警系统测试信号,此信号会给整列车的主CCU(包括自身主CCU)发送消息数据,从而触发整列车的火警测试。
上述方法为火警系统的自动测试,火警执行自动测试时,会按照一定的顺序进行测试。火警测试的另一种启动方法为手动方式,它是通过操作测试按钮,使火灾报警系统测试继电器得电进行测试。测试人员将计算机连接到列车的CCU,通过外接的计算机使用Monitor菜单命令进行全列测试,全列车的SDCU都统测试继电器得电进行测试。测试人员将计算机连接到列车的CCU,通过外接的计算机使用Monitor菜单命令进行全列测试,全列车的SDCU都进入测试状态。
在火警测试过程中会出现以下几种情况:火警测试结束、火警测试正确完成、火警测试中断和火警测试超时。CCU也会将火警测试结果通过列车控制网络传输给HMI,在HMI上显示火警测试正常完成与否的状态。
3 常见故障解决方案
火灾报警系统的故障诊断可以排查其自身存在的故障隐患,并排除故障的火警系统检测盲区。行之有效的故障诊断可以确保火警系统的各个监控设备的实用性,使火灾报警系统能够做到有效检测火灾的发生,并使其得到及时控制。在实际的车辆中,相隔一定的时间动车组会进行火警测试,如果未进行火警测试,则会产生相应的诊断代码,以提示进行火警测试,同时对其进行监视。本文针对CRH3型动车组火灾报警系统中常见的故障,结合实际的调试、运营经验,给出相应的解决方案。
(1)TCMS与烟气探测控制单元无通信,解决方案如图2所示。
(2)火灾报警系统通信回路故障,解决方案如图3所示。
(3)火灾报警系统事件配置无效故障,此故障原因可能如下:
①配置输入奇偶校验无效;
②未确定配置选择;
③所连接SD数量与配置数量不匹配。
若为情况①及②,则电线配置不正确,若所指示配置回路大小为零,则可能为此两种情况,则需要对电线进行纠正。
若为情况③,则配置回路大小及检测到的回路大小不匹配。检查USSW的配置总体情况是否显示与适当的车厢匹配,若不是,同情况①和②纠正电线;若是,则由于安装故障所致。
4 总结
CRH3型动车组火灾报警系统对动车组的消防有着重要作用[3]。经调试和运营考验,CRH3型动车组火灾报警系统设计合理、性能稳定。总结该系统在调试和运营过程中出现的几种典型故障的处理方法,对生产调试、添乘及维修人员有一定的指导意义。
参考文献
[1]李力.中国火灾探测技术的现状及其发展趋势[J].火灾科学,2001(2):23-23.
[2]程晓舫,王瑞芳,张维农等.火灾探测的原理和方法(上)[J].中国安全科学学报,1999.9(1):24-29.
[3]张树宾.火灾自动报警系统的火灾早期预警[J].中国教育装备,2009(02).
CRH3型动车组变流器系统分析 篇2
位于车辆顶部的受电弓, 从触网得到25KV交流电, 输送给牵引变压器, 变压器起到降压的作用, 降压之后, 将交流电供给脉冲整流器, 进行整流, 输出直流电, 经过中间电路输出给牵引逆变器, 得到电压电流和频率可调的三相交流电, 给异步电机供电。
一、牵引变流器
CRH3型动车组编组形式为8辆编组, 动力配置为4M+4T (M为动力车厢, T为拖车车厢) , 相邻的两个动车为1个基本动力单元, 每个动力单元都有独立的传动系统。
CRH3型动车组采用两重四象限脉冲整流器, 四象限脉冲整流器用来实现能量再生, 是电源侧的逆变器。在动车的牵引过程中, 将单相交流电变为直流电, 起到整流的作用。相反, 在制动过程中, 将直流电变为交流电, 起到逆变器的效果。
二、四象限脉冲整流器
使用四象限整流器, 使能量双向流动, 可以由网侧向负载侧提供能量, 也可以把负载侧能量回馈给网侧, 而对于异步电动机, 实现再生制动较为容易, 从电网侧得到的电流为正弦波, 减少了接触网的等效干扰电流和对通讯的干扰, 同时, 使电网侧的功率因数可以达到1, 可以保证中间回路直流电压在允许偏差内。
综上所述, 选择合适的支撑电容器Cd的准则是:当中间回路直流电压保持稳定, 峰一峰波动值不超过规定的允许值;当中间回路直流电流是连续的, 没有间断, 其峰一峰波动值不超过规定的许可值;最后一种情况。中间回路的损耗应保持最小;所选择的电容器的参数不会影响整个系统的稳定性成功地抑制逆变器和电机中发生的暂态过程, 保持系统稳定。
脉冲整流器电压矢量平衡方程为
全控桥中对角位置处相同性质的元件导通时, 工作在能量传递状态。若T1、T4或T2、T3导通, 工作在逆变反馈状态, 由负载向电源输送能量;若D1、D4或D2、D3导通, 工作在整流状态, 由电源向负载 (直流环节) 输送能量。
三、电压型四象限脉冲整流器的控制方法
脉冲整流器采用双闭环的控制策略:包括电压外环控制以及电流内环控制。而在CRH 3动车组中, 采用瞬态直接电流控制的方式。瞬态直接电流控制也是当下机车上采用较多的控制方法, 具有实现简单、能够有效抑制二次侧牵引绕组的电流谐波、直流侧电压纹波小、动态响应好等多方面的优点。
总结
本文主要介绍动车组CRH3牵引逆变器的组成及工作原理, 在列车牵引传动技术中, 重点介绍四象限脉冲整流器, 描述电压型四象限脉冲整流器的控制方法及原理。总而言之, 随着电力电子技术以及微电子技术的发展, 逆变技术也得到了其发展。目前, 逆变器正朝着高功率密度、高变换效率、高可靠性、无污染、智能化和集成化的方向发展。
摘要：CRH3型动车组, 由德国西门子公司和中国北车集团唐山轨道客车有限责任公司联合设计生产, 命名为“和谐号”, CRH3C型电力动车组采用动力分散式, 每列8节编组, 共4节动车和4节拖车 (4M4T) 。牵引变流器指电力机车上设置在主回路中的变流器。起到了转换直流电流和交流电流能量的作用, 同时, 对于牵引电机具有控制和调节作用, 由此来控制列车的运行。
关键词：动车组,动力分散,牵引变流器,能量回馈
参考文献
[1]城市轨道交通车辆工程, 王伯铭编著, 成都:西南交通大学出版社, 2007年9月;
[2]城市轨道交通信号与通信概论, 张喜编著, 北京:北京交通大学出版社, 2012年;
[3]电力电子技术, 王兆安, 刘进军主编, 北京:机械工业出版社, 2009年;
[4]电力电子系统建模及控制[M]:徐德鸿.机械工业出版社, 2013.3;
CRH3型高速动车组 篇3
在动车组运营过程中, 相较于动车组其他部位故障发生情况来看, 电压互感器炸裂属于低故障率案例, 然而故障一旦发生, 将会导致主断路器断开, 造成极其严重的临时停车和运营事故。
同时, 电压互感器外部绝缘材料炸裂后, 击打周边高压部件, 造成受电弓、隔离开关支撑绝缘子等其他部件二次损伤, 事故影响进一步加大。
2 电压互感器主要组成及工作原理
CRH3型动车组采用的是德国雷兹 (RITZ) 公司生产的GSEFB-25F型高速动车组专用干式电压互感器, 位于变压器车车顶, 是目前应用最广泛的电磁式电压互感器, 主要用来检测接触网电压, 以便转换为单独的以测量为目的低电压传给全列的TCU和本牵引单元的CCU, 接触网电压信号由CCU和TCU共同测定。其工作原理与变压器相同, 变比为25000:150, 一次侧和二次侧在电气上相互绝缘, 相较于一次侧, 二次侧的电压很低, 可以很好地保证二次侧系统设备和操作人员的安全。
电压互感器的法兰由防风雨铝合金制成, 所有室外部件都由防腐材料制成, 一次侧端子 (A) 是由镀镍黄铜制成的螺钉;二次侧端子分别为1a-1n和2a-2n;二次侧绕组均有保险丝保护, 可防止外部过压对车内设备造成损害, 保险丝位于二次侧端子上方。
3 电压互感器炸裂原因分析
对发生炸裂故障的电压互感器进行检查, 电压互感器炸裂均为外部绝缘材料炸裂, 且二次侧基本无损伤, 一次侧存在过热发黑;通过对CCU MVB环境变量数据解析发现故障发生时, 接触网网压检测值为31~35k V (正常工作电压为25~29k V) , 而相邻非故障车检测到的接触网网压值均处于正常水平, 从而判断过电压 (31~35k V) 非接触网实际值。通过电压互感器工作原理“检测值= (接触网电压/一次绕组匝数) ×二次绕组匝数”, 和故障电压互感器次边不存在破损的情况, 推测电压互感器发生炸裂前, 一次绕组存在匝间短路情况, 使得线圈匝数减少, 导致网压检测值升高;匝间短路发生后, 因匝间电势差增大, 导致短路点附近电流增大, 热量迅速积聚无法散失, 最终导致电压互感器炸裂。因此, 可能造成动车组电压互感器炸裂的直接原因有以下两种:
(1) 绕组匝间或层间绝缘问题, 导致匝间或层间短路, 短路点过电流, 引发局部过热, 由于互感器内为真空环境, 外部环氧树脂绝缘材料硬度较高, 内部产生的热量和漆包线过热产生的气体无法散失, 产生炸裂。
(2) 电压互感器制作工艺存在问题, 产品绝缘材料中存在气泡或间隙, 产品在运行过程中, 内部产生局部放电, 引发炸裂。
4 现行检修技术标准
根据CRH3型动车组的技术特点及列车实际的运营环境, 参照雷兹公司提供的电压互感器用户手册和《和谐3C、380B (L) 型动车组四级检修规程》 (铁总运[2014]228号) 的相关规定, 对电压互感器进行例行检修。
(1) 对电压互感器表面清洁并进行状态检查;
(2) 对一次和二次侧端子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) 对电压互感器二次侧电阻值进行测量;
(5) 对电压互感器的实际映射进行试验。
5 检修工艺改进
为保证电压互感器的可靠性工作, 可在现有检修项点中增加电压互感器励磁特性、误差测量、工频耐压和局部放电试验, 提早发现匝间短路现象或绝缘薄弱击穿点, 具体试验设备见表1。
5.1 电压互感器伏安特性测试
伏安特性测试:在电压互感器一次高压绕组开路的情况下, 设备能在二次绕组上施加额定频率50Hz、波形应为实际正弦波的电压;测量点包括0.2、0.5、0.8、1.0、1.2倍相对于额定电压下的电压值, 测量出对应的励磁电流。
5.2 电压互感器误差测试
误差测试:设备在额定频率50Hz、80%、100%、120%额定电压及25%和100%额定负荷且功率因数0.8 (滞后) 条件下进行电压互感器的比例误差和相位差测量。
5.3 电压互感器工频耐压试验
(1) 一次绕组感应耐压试验60k V, 频率150Hz, 历时40秒, 电压互感器应无击穿及闪络现象;
(2) 二次绕组外施电压2k V, 频率50Hz, 历时60秒, 电压互感器应无击穿及闪络现象。
5.4 电压互感器局部放电测量
在一次绕组工频耐压试验后的降压过程中使电压降至下述试验电压值时分别测量局放值:
(1) 1.2×Um=43.2k V, 局放值<50p C (型式试验值6.6p C) ;
(2) Um=36.0k V, 局放值<50p C (型式试验值6.2p C) ;
(3) 1.2×Um/1.732=25k V, 局放值<20p C (型式试验值4.8p C) ;
(4) 测量时间30s。
6 结束语
科学合理的检修工艺标准是保证电压互感器检修质量的前提, 本文对CRH3型动车组电压互感器的检修工艺的研究, 在电压互感器的检修工作中有较强的指导意义。
参考文献
[1]GB 1207-2006电磁式电压互感器.中国标准出版社, 2007.1.
CRH3型高速动车组 篇4
CRH3型动车组是在德国西门子公司研发的ICE系列时速300 km高速动车组平台上发展起来的, 采用电力牵引交流传动方式, 4动4拖8辆编组, 由2个牵引单元组成, 每个牵引单元由2动2拖构成。
动车组具有良好的气动外形, 两端为司机室, 列车正常运行时由前端司机室操纵。其后续车型CRH380BL型动车组则是16辆长编组, 其动力分布形式没有变化。以16节车厢的长编组动车组为例, 牵引变流器及冷却系统共8个, 分别悬挂在动力车厢EC01、VC03、IC06、IC08、BC09、IC11、IC14、EC16的车底 (见图1) 。车下变流器冷却单元是为车下变流器提供冷却功能的部件, 通常包括散热器、带电机和风扇的风箱、安装框架、电机连接器或接线盒等部件 (见图2) 。牵引变流器的冷却单元通常还包含水系统, 如水泵、膨胀油箱、温度传感器、压力传感器、蝶阀、水管路等。变流器与冷却单元用蝶阀和管路连接, 通过冷却风扇提供的空气流带走变流器产生的热量, 风箱是承载电机和风扇并提供导流作用的部件, 其原结构为铝合金薄板焊接箱体结构[1]。在高级修过程中该结构有局部开裂的情况发生 (见图3) 。下面提出一种改进结构并对变流器冷却单元风箱进行基于ANSYS的强度仿真分析和地面振动测试。
2 原因分析
为了找到风箱开裂的原因, 对其进行了地面试验台振动试验, 分别取变流器冷却单元风箱下方地板连接处内外两侧、风箱电机安装板、法兰板、风箱箱体、冷却单元支架、风箱箱体上表面以及电机上方等位置, 测点布置如图4所示。风机分别在低速和高速下运行, 各个测点加速度如表1所示。
由测试结果可见, 高速工作时底板连接处、电机安装板横向、法兰板横向和垂向、风箱垂向、风箱顶垂向的加速度值较大, 说明这些测点位置的振动冲击较大。
风箱为3 mm厚的EN AW 5754铝板, 整体刚度不够, 中间2块横向和纵向的宽幅筋板则为2 mm厚的同材质铝板插接后双面段焊打胶连接, 刚度亦不足, 且电机与风箱相接处孔的周围局部刚度不足, 电机随变流器冷却液温度改变转速带来交变振动、气动载荷[2], 导致疲劳破坏。
3 结构改进和计算
针对振动试验进行了以下结构改进, 以改善整体刚度不足的问题:
(1) 取消中间隔板的焊接, 将中部隔板分为3块 (原横隔板一分为二, 铆接在立板上) , 翻边宽度由25 mm增加到30 mm;
(2) 中部隔板厚度由2 mm增加到4 mm;
(3) 将底部横梁由3 mm厚的折弯铝板更改为4 mm×18 mm×30 mm的角铝型材;
(4) 风箱安装圆孔周围各增加3条3 mm厚不锈钢垫板;
(5) 在箱体底部四角均焊接4 mm厚的补强铝筋板;
(6) 中部隔板与箱体铆接处补焊4 mm厚的铝筋板。
为了验证新结构在强度方面的改进效果, 采用ANSYS进行了模拟仿真计算。模型采用的是壳体单元, 几何模型如图5所示, 变流器风箱原结构规模为519 788个单元和526 254个节点;补强结构规模为541 262个单元和549 177个节点[3]。
变流器箱体单元材料为EN AW 5754, 其屈服强度为80 MPa[4]。根据标准EN12663—1—2010《铁道应用—轨道车身的结构要求》, 变流器风箱单元在横向、纵向、垂向分别施加1g的惯性载荷, 在变流器与橡胶连接块的连接面处施加垂向约束, 在橡胶连接块的两端施加横向和纵向约束, 其中相接连接块用梁单元 (Beam 188) 进行模拟。关键区域应力如图6、图7、图8所示。
通过有限元仿真计算, 得出如下结论:
(1) 原设计方案刚度小, 存在应力集中点, 并与发生故障的部位一致;
(2) 补强方案增加了箱体的刚度, 明显降低了结构的应力值。
为了验证计算结果, 在振动试验台进行了样品的振动对比试验[5], 试验数据如表2所示。
/ (m·s-2)
从表2可以看出, 补强方案中各测点幅值普遍小于原结构中相应测点处幅值。改进后电机测点处, 工作频率对应幅值明显小于原结构中对应测点幅值, 说明结构改进合理。
实际运用中, 铁路装备重要部件的更改还要经过线路动应力测试和装车线路运营考核等环节才可以正式定型并投入批量生产[5], 不过在理论计算和试验台对比试验阶段已最大程度地模拟了实际运营环境, 缩短了设计定型到批量生产的周期, 极大降低了线路运营考核不合格带来的结构再次更改的可能性, 因此理论计算结合试验台对比试验的设计方法在动车组设计中被大量应用。
4 结束语
截至目前, 经过改进后的风箱在线路运营考核中未再发生前述故障, 说明改进后的结构合理, 新结构已经应用于后续车辆。
通过振动试验找出问题根源, 针对问题进行设计改进, 利用计算机有限元方法模拟仿真计算进行结构校核, 然后制作样件进行振动试验验证计算结果, 对CRH3型动车组变流器冷却单元风箱设计结构改进优化具有一定的指导意义, 这种方法也为其他部件的设计和改进提供了技术参考。
参考文献
[1]徐炼, 马纪军, 范乐天, 等.高速列车车下悬挂结构优化设计方法[J].大连交通大学学报, 33 (5) :11-13.
[2]高峰, 杨永勤, 宿崇, 等.高速动车组制动风缸吊装结构振动特性分析[J].大连交通大学报, 2013, 34 (5) :20-24.
[3]李黎明.ANSYS有限元分析实用教程[M].北京:清华大学出版社, 2005.
[4]刘鸿文.材料力学[M].北京:高等教育出版社, 1991.