高速动车组牵引供电系统如何组成
谯都督
[摘 要]高速铁路是当代新技术的集成，是一个庞大而复杂的系统工程，与普通铁路差异较大，主要由高速线路、高速列车、运营管理三部分组成。高速线路是实现高速的基础，高速列车是高速铁路的载体与新技术的核心，高速铁路安全运行管理系统是高速铁路的神经中枢。高速动车组主要由九项关键技术和十项配套技术构成，关键技术涵盖了牵引力产生过程中的各项相关功能部件，配套技术涵盖了动车组接口部件与为旅客提供温馨、舒适环境的相关实施。其中，牵引系统的牵引控制、牵引变流器、牵引变压器、牵引电动机均属于九项关键技术。
[关键词]动车组 牵引系统 变压器
中图分类号：U789.25 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）20-0023-01
1 高压设备
高压设备指的是车顶安装高压设备，包括受电弓、高压断路器、避雷器、网压检测装置、高压电缆、车顶绝缘予、接地装置、高压隔离开关。高压设备按照AC25KV 50Hz设计。
1.1 受电弓
CRH3C型动车组受电弓设计为单臂受电弓，弓安装在TC02、TC07车车顶，控制系统安装在车内，单弓受流。受电弓具有以下结构特点：安全独特的ADD系统、良好的气动力学性能、良好的弓网接触性能、良好的适应性、整个受电弓结构更为简洁易于维护和调整、寿命长。
1.2 带接地开关的高压断路器
带接地开关的高压断路器安装在车顶，用于断开每个动力单元的交流25 kV电路，安装在TC02、TC07车（变压器车）车顶端部位置。主断路器不但用来开关牵引单元的运行电流，也可以用来中断故障情况下的过流以及短路电流。为了维护和检修高压设备，在主断路器两极安装了接地隔离开关，隔离开关将主断路器两端与运行接地连接，接地隔离开关具有防止短路的功能。
1.3 高压互感器
（1）高压电压互感器。在主电路断路器的网侧是一个线路电压互感器，它被用作AC 25 kV线路电压的一个测量传感器。全列共设置两个电压互感器。
（2）高压电流互感器。CRH3C型动车组在主电路高压断路器后部安装一个线路电流互感器，用来检测动车组交流总电流。
1.4 避雷器
避雷器和主断路器一起对通过接触网导入的过压进行列车保护（如闪电）。一个避雷器直接位于每个受电弓后部，另一个避雷器位于每个主变压器的初级侧。
1.5 线路隔离开关
车顶线路隔离开关被安置在牵引系统之间的高压线路上。车顶线路隔离开关可以使两个动力单元在故障的情况下隔离。
2 主变压器
牵引变压器是CRH3C型动车组牵引传动系统的关键部件为单相湿式变压器，额定电压为单相AC25 kV/50 Hz。它的次级绕组为牵引变流器提供电能。它使用一个电气差动保护、冷却液流量计和电子温度计对主变压器进行监控和保护。TC02车、TC07車每个车安装1台，分别为两个动力单元供电，牵引变压器工作原理与普通变压器相同，强迫油冷。
CRH3动车组牵引变压器具有如下特点：
①满足350 km/h的高速要求，主变压器安装结构及强度应满足在车体下部吊装的要求，符合EN 60310—1996《铁路应用。铁路车辆上的牵引变压器和电抗器》标准。②牵引变压器箱体强度高，有足够的强度，以防止机械损坏（例如碎石击打）。③体积小、质量轻、容量大：牵引变压器具有圆柱型绕组缠绕着两个铁芯，结构紧凑。该绕组由铜制成。④损耗小、噪声低：牵引变压器铁芯叠片被仔细捆束并且压紧，使铁芯损耗和噪声排放最小化。⑤电磁兼容性好：电磁兼容符合EN标准，并且遵守对心脏起博器携带者的磁场极限值，保证车内和站台的每个停留地点上对这类人员的磁场极限值。⑥变压器副边仅有两个独立绕组，每个绕组直接与牵引变流器相连，结构简单，相互影响小。⑦牵引变压器采用强迫导向油循环风冷方式，对冷却油温、油循环流动状态等进行监控，并设置气体保护装置。⑧环保：主变压器中采用阻燃的变压器油，油品的维护和补给应满足常规条件和相关环境保护条款的要求。
2.1 电流互感器
变压器电流互感器用于测量变压器高压电缆的电流。变压器电流互感器和另一只过电压转向器（在关闭变压器时转移操作过电压即避雷器）利用供电电缆与主变压器的一次绕组相连。变压器电流互感器是主变压器一次绕组中输入电流的换流器。主变压器的输出端通过接地电流互感器与工作地面相连。该接地电流互感器拾取主变压器的输出电流。各牵引装置中的 CCU 读取这两个测得的电流值，并根据这两个电流之间的差异检测两台变压器之间初级电路中的接地故障。
2.2 接地电流互感器
接地电流互感器用于测量变压器运行接地端的电流。变压器电流互感器和另一只过电压转向器（在关闭变压器时转移操作过电压即避雷器）利用供电电缆与主变压器的一次绕组相连。变压器电流互感器是主变压器一次绕组中输入电流的换流器。主变压器的输出端通过接地电流互感器与工作地面相连。该接地电流互感器拾取主变压器的输出电流。各牵引装置中的CCU读取这两个测得的电流值，并根据这两个电流之间的差异检测两台变压器之间初级电路中的接地故障（例如主变压器一次侧的接地故障）。
2.3 变压器油
变压器油的用途是：1、提供导线同绕组间的绝缘及与接地部件的绝缘；2、提高油浸纸的电介质强度；3、消除电弧；4、接收、积累和传输变压器内产生的热量（即损耗）。
3 牵引变流器
CRH3C型动车组牵引变流器结构紧凑，牵引变流器设计成车下牵引箱，易于运用和检修的模块化结构。在运用现场通过更换模块方便更换和维修。牵引变流器由多重四象限变流器、直流电压中间环节和电机逆变器组成，牵引变流器的模块具有互换性。
（1）牵引变流器原理
牵引变流器输入侧的斩波器为四象限斩波器（4QC）。两个4QC并联为一个共同的DC连接供电，并且产生脉冲DC电压。DC连接中有连接电容，连接电容储存能量，并且平滑4QC的脉冲输出电压。在DC连接输出端有一个PWM逆变器，它把DC连接电压转换成牵引系统所要求的变频和变压的三相电源给异步牵引电机供电。每个PWM逆变器输出驱动4个并联的异步牵引电机。作为输入斩波器的4QC，通过改变功率半导体设备的调制率来控制牵引和动力（再生）制动模式下的电流和电压之间的相位角。当线路电压达到29 kV时，控制电压/电流相位角使车辆的功率因数几乎为1。
（2）牵引变流器结构
牵引变流器主要有2个四象限斩波器（4QC），一个带有串联谐振电路的中间电压电路，过电压限阻（MUB）和一个脉冲宽度调制变换器（PWMI）组成。牵引变流器交流输入的线路断路器（NTS）是由TCU控制的并且连接牵引变流器与变压器次级。
4 牵引电机
CRH3C型动车组每个牵引变流器驱动4个牵引电机，电机并联，整列动车组16个牵引电动机。牵引电机额定功率562kW，最高转速5900r/min。
牵引电动机为三相异步牵引电机，绝缘等级200级，强迫风冷式。采用转向架架悬方式，牵引电机横向安装在转向架上。牵引扭矩通过一个机械力传输系统传递到轮对。
参考文献
[1] 中国铁路CRH3动车组技术资料.
