CRH2型動車組主回路系統(tǒng)性能優(yōu)化研究.pdf

1、隨著我國鐵路事業(yè)健康持續(xù)發(fā)展，投入運營的CRH2型動車組列車數(shù)量增加，影響列車正常運行的一些故障現(xiàn)象時有發(fā)生，如導(dǎo)流板燒蝕、電壓互感器放電損毀、列車與牽引網(wǎng)耦合諧振導(dǎo)致避雷器放電擊穿、輔助電源裝置(APU)功能失效、速度傳感器等電氣設(shè)備損壞等，這些故障的發(fā)生實際上都和CRH2型動車組主回路系統(tǒng)密切相關(guān)，主回路系統(tǒng)主要由車頂高壓、牽引傳動、輔助供電和接地回流四個子系統(tǒng)組成，該系統(tǒng)完成外部輸入電能的變換、驅(qū)動列車運行，并給控制系統(tǒng)提供電源，

2、是列車能量供給中樞。這些設(shè)備工作電壓較高、出現(xiàn)故障后大多會影響列車正常運行。本文通過仿真和實車線路試驗，研究CRH2型動車組主回路各子系統(tǒng)典型故障發(fā)生機(jī)理，提出各子系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方案，以抑制相關(guān)故障的發(fā)生。
　　基于ANSYS軟件建立CRH2型動車組車頂高壓系統(tǒng)電場、流場仿真模型，研究車頂高壓系統(tǒng)電場、流場分布規(guī)律。用實際高壓設(shè)備構(gòu)建CRH2型動車組車頂高壓系統(tǒng)試驗平臺，通過現(xiàn)場測試，分析不同環(huán)境不同絕緣子高度對高壓系統(tǒng)絕緣性能的影

3、響。結(jié)合試驗和仿真結(jié)果，提出了通過調(diào)整高壓隔離開關(guān)相對受電弓支撐絕緣子位置的優(yōu)化設(shè)計方案，該方案能夠有效改善車頂高壓設(shè)備區(qū)域電場分布均勻程度，降低發(fā)生閃絡(luò)的風(fēng)險。在PSCAD/EMTDC仿真軟件中分別建立CRH2型動車組高壓系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真模型，對升弓電磁暫態(tài)過程、過分相鐵磁諧振進(jìn)行仿真分析，提出加裝磁環(huán)、并聯(lián)RC濾波器兩種抑制過電壓的方法，仿真研究表明兩種方式都可以有效抑制操作過電壓幅值、改善暫態(tài)性能。
　　從列車、牽引網(wǎng)及其之

4、間的電氣耦合關(guān)系著手，建立AT牽引網(wǎng)-CRH2型動車組牽引傳動系統(tǒng)耦合性能仿真模型，研究了動車組列車與牽引網(wǎng)耦合高次諧波的產(chǎn)生機(jī)理及其傳輸特性。基于故障發(fā)生時試驗數(shù)據(jù)和仿真分析，進(jìn)一步提出了通過優(yōu)化變流器四象限控制器電流內(nèi)環(huán)增益參數(shù)和多重化控制策略來分別抑制兩類高頻諧振的優(yōu)化方案。計算機(jī)仿真和線路試驗，表明該方法可以有效抑制牽引網(wǎng)與CRH2型動車組間發(fā)生的兩類高頻耦合諧振。此外，為了滿足諧波測試準(zhǔn)確性要求，還提出了一種能夠消除基波及諧波

5、間相互影響的相量測量算法(FHPEI)，該方法在有限增加計算量的情況下，能夠有效改善基波和諧波測量準(zhǔn)確性。
　　針對動車組列車和傳統(tǒng)列車混跑線路出現(xiàn)的CRH2型動車組輔助供電系統(tǒng)APU啟動過程中功能失效故障，深入分析了實車線路跟蹤測試結(jié)果，通過理論計算和仿真分析，指出了故障原因。在此基礎(chǔ)上提出了APU控制系統(tǒng)軟件和APU輸入端設(shè)計參數(shù)匹配優(yōu)化兩種解決方案，結(jié)合列車運營需求，實施了APU控制系統(tǒng)軟件優(yōu)化解決方案，通過縮短不可控整流時

6、間、提前進(jìn)入可控整流和中間直流環(huán)節(jié)電壓同步控制，能夠有效消除牽引網(wǎng)諧波引起APU中間電壓異常升高導(dǎo)致保護(hù)動作、APU啟動失敗的故障。后期的跟蹤測試表明未再發(fā)生類似故障。
　　對目前各動車組廣泛采用的典型接地方式進(jìn)行了分析，系統(tǒng)分析了CRH2型動車組接地回流系統(tǒng)存在的車體浪涌過電壓、鋼軌絕緣節(jié)對列車回流的影響、接地電阻對車體電流的影響。針對CRH2型動車組接地結(jié)構(gòu)，通過試驗研究，獲得了CRH2列車接地系統(tǒng)回流分布規(guī)律、以及各回流支路