HXD1型電力機車-電氣原理

1、南車株洲電力機車有限公司電氣系統(tǒng)原理電氣系統(tǒng)原理裝用自主研發(fā)牽引變流器和網(wǎng)絡(luò)控制系裝用自主研發(fā)牽引變流器和網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的統(tǒng)的HXD1型電力機車型電力機車技術(shù)中心 趙玉玲目 錄Page 2第一部分第一部分主電路原理主電路原理第二部分第二部分輔助電路原理輔助電路原理第四部分第四部分電氣原理說明電氣原理說明第一部分第一部分第三部分第三部分網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)裝用自主研發(fā)牽引變流器和網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的裝用自主研發(fā)牽引變流器和網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的HXD1型電力機車型電力機車電氣原理電氣原理第一部分第一部分主電路原理主電路原理主傳動系統(tǒng)主傳動系統(tǒng)原理主電路由網(wǎng)側(cè)電路、主變壓器、牽引變流器和牽引電機組成。一、主電

2、路原理一、主電路原理 網(wǎng)側(cè)電路原理愛愛愛 網(wǎng)側(cè)電路可分為三個部分： 1）網(wǎng)側(cè)受流 2）網(wǎng)側(cè)檢測 3）網(wǎng)側(cè)保護 主傳動系統(tǒng) 主要功能：從網(wǎng)側(cè)獲取電能。每節(jié)機車網(wǎng)側(cè)電路由1臺受電弓、1臺主斷路器（帶高壓接地裝置）、1臺避雷器、1臺高壓電壓互感器、1臺高壓電流互感器、1臺高壓隔離開關(guān)、牽引變壓器原邊、接地回流互感器和接地碳刷等組成。兩節(jié)機車間的網(wǎng)側(cè)電路通過車頂高壓連接器相連。一、主電路原理一、主電路原理 網(wǎng)側(cè)受流原理升單個受電弓的網(wǎng)側(cè)電路原理圖升雙受電弓的網(wǎng)側(cè)電路原理圖主傳動系統(tǒng)一、主電路原理一、主電路原理 網(wǎng)側(cè)電路中的高壓電壓互感器、原邊電流互感器和回流電流互感器等測量器件，用于向機車控制系統(tǒng)、牽

3、引控制單元和能耗表等提供網(wǎng)側(cè)電壓和電流信號。能耗表用于顯示機車從電網(wǎng)取得的電能和機車再生制動向電網(wǎng)反饋的電能。 網(wǎng)側(cè)檢測原理一、主電路原理一、主電路原理 由主斷路器用于對牽引變壓器原邊進行分、合閘操作。主斷路器的分閘操作也用于為機車提供保護。當機車出現(xiàn)故障或外部條件異常需要切斷網(wǎng)側(cè)電源時，可通過給主斷路器分斷指令來實現(xiàn)。就網(wǎng)側(cè)電路而言，網(wǎng)側(cè)電路中的測量器件將測量的值提供給機車控制系統(tǒng)或TCU，由機車控制系統(tǒng)或TCU進行判斷并在必要時給出分斷主斷指令，此類保護主要有： a) 網(wǎng)側(cè)短路保護 當流經(jīng)回流電流互感器的電流超過整定值時，主斷路器將進行分斷保護。 b) 網(wǎng)壓監(jiān)測保護 通過高壓電壓互感器的檢

4、測，在網(wǎng)壓不正常的情況下，主斷路器將進行分斷，保護主電路相關(guān)設(shè)備的正常工作。 網(wǎng)側(cè)保護原理一、主電路原理一、主電路原理 c) 網(wǎng)側(cè)過流保護 通過原邊電流互感器的檢測，在電流超過整定值時，主斷路器將分斷保護。 d) 原邊接地保護 檢測原邊電流和回流電流的差值，當大于整定值時，判定為原邊接地，主斷路器進行分斷保護。 除網(wǎng)側(cè)保護外，主電路的其它部分、控制電路以及輔助電路等出現(xiàn)故障需要保護時，也能通過分斷主斷路器來實現(xiàn)。如遇主斷路器失效而無法斷開時，則可采用強行降弓的方式切斷網(wǎng)側(cè)的電源。 避雷器和接地開關(guān)也是網(wǎng)側(cè)電路中的保護器件。避雷器用于抑制主電路中的操作過電壓和運行時的雷擊過電壓。接地開關(guān)用于在需

5、要登車頂或接近其它高壓區(qū)域時使網(wǎng)側(cè)電路接地，以保證操作人員的安全。 網(wǎng)側(cè)保護原理一、主電路原理一、主電路原理第第10頁頁 主電路介紹 網(wǎng)壓通過網(wǎng)側(cè)回路的高壓部件輸入主變壓器； 1）主變壓器通過兩個4象限斬波器(4QS)向兩個獨立的中間電壓直流 環(huán)節(jié)供電； 2）一個脈寬調(diào)制逆變器向一個牽引電機供電,實現(xiàn)軸控； 3）四象限斬波器和脈寬調(diào)制逆變器采用水冷IGBT模塊，模塊等級為 3.3kV。 4）中間直流電路環(huán)節(jié)還連接有諧波吸收電路，過壓保護電路、接地 檢測電路； 5）主變流器可通過調(diào)節(jié)cos來實現(xiàn)對電抗負載的補償，以提高功率 因素； 6）具有庫內(nèi)動車功能。一、主電路原理一、主電路原理第第11頁頁一

6、、主電路原理一、主電路原理主電路控制與監(jiān)視設(shè)備 1）通過兩個TCU（牽引控制單元）模塊對變流器內(nèi)部兩組供電回 路中所有設(shè)備進行控制和監(jiān)視； 2）通過CCU （中央控制單元）對兩個TCU進行控制和監(jiān)視。第第12頁頁主變壓器主變壓器為臥式變壓器，主變壓器和諧振電抗器安裝在變壓器油箱內(nèi)，采用油循環(huán)強迫風(fēng)冷。主變壓器設(shè)有壓力釋放閥。原邊繞組額定容量：5280kVA原邊繞組額定電流 ：211A 牽引繞組額定容量 ：41320kVA 牽引繞組額定電壓 ：4970V 牽引繞組額定電流 ：41361A 絕緣等級：A級額定效率：96% 諧振電抗器電感值：20.27 mH 一、主電路原理一、主電路原理 牽引變流器

7、柜牽引變流器TCU 主傳動系統(tǒng)-主要部件介紹牽引變流器主要參數(shù)額定輸入電壓：AC 970/50Hz最大輸入電流 ：1640A中間額定電壓：DC 1800V額定輸出電流 ：4598 A額定效率：不小于98%控制電壓：DC 110V啟動轉(zhuǎn)矩：9717NmIGBT模塊技術(shù)參數(shù)額定電壓：3300V額定電流：1200A開關(guān)頻率：450Hz冷卻方式：水冷一、主電路原理一、主電路原理 牽引電機牽引變流器TCU 主傳動系統(tǒng)-主要部件介紹額定功率：1224kW額定轉(zhuǎn)速 ：1720r/min 額定電流 ：598A 額定頻率：58.1Hz額定轉(zhuǎn)矩：6802Nm啟動轉(zhuǎn)矩：9717Nm極對數(shù)：2對絕緣等級：200級冷卻

8、方式：強迫風(fēng)冷一、主電路原理一、主電路原理 受電弓網(wǎng)側(cè)主要部件介紹 額定工作電壓: AC 25kV正常工作電壓范圍:AC 17.5kVAC 31kV額定工作電流: 1000A 工作空氣壓力: 400kPa 1000kPa升弓時間: 6s10s降弓時間: 6s 受電弓支撐絕緣子絕緣爬電距離： 不小于1000mm一、主電路原理一、主電路原理 高壓電壓互感器 形式：干式一次額定電壓：25kV額定頻率：50 Hz/60 Hz二次額定電壓：150V準確級次：C1. 05級額定輸出容量：210VA爬電距離：875mm網(wǎng)側(cè)主要部件介紹一、主電路原理一、主電路原理BVAC.N99D主斷路器BTE25.04D高

9、壓接地開關(guān) 主斷路器（含接地開關(guān)）主斷路器技術(shù)參數(shù)額定電壓：25kV額定分斷容量：600MVA額定工作電流：1000A額定短路接通能力：40kA額定短路開斷能力：20kA額定短時耐受電流：25kA/1s接地開關(guān)技術(shù)參數(shù)額定電壓：25kV額定電流： 400A短時耐受電流：16kA峰值耐受電流：40kA網(wǎng)側(cè)主要部件介紹一、主電路原理一、主電路原理 高壓隔離開關(guān)額定電壓： 25 kV 額定電流：400 A短時耐受電流：8 kA,1s機械壽命：20000次 驅(qū)動方式：手動網(wǎng)側(cè)主要部件介紹一、主電路原理一、主電路原理形式：單T型電纜截面積：95mm2額定電壓：25kV正常工作電壓：17.5 kV31 k

10、V 持續(xù)額定電流：520A（30） 沖擊 電壓：170kV 電纜外直徑：40 mm42 mm電纜最小彎曲半徑：210mm網(wǎng)側(cè)主要部件介紹 高壓電纜總成一、主電路原理一、主電路原理避雷器額定電壓 (rms)：42kV避雷器持續(xù)運行電壓 (rms)：31.5kV額定頻率：50Hz標稱放電電流：5kA諧波沖擊電流下殘壓：118kV雷電沖擊電流下殘壓：105kV操作沖擊電流下殘壓：89kV局部放電量（在1.05Uc 下）：10pC（Uc=31.5kV）爬電比距：25mm/kV傘群材料：硅橡膠網(wǎng)側(cè)主要部件介紹 避雷器 一、主電路原理一、主電路原理 高壓電流互感器標稱電壓：25kV額定電流比：250/1二

11、次標稱電流：1A/1A二次標稱輸出：20VA /5VA準確次級：C1.1級/C1.0.5級網(wǎng)側(cè)主要部件介紹一、主電路原理一、主電路原理裝用自主研發(fā)牽引變流器和網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的裝用自主研發(fā)牽引變流器和網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的HXD1型電力機車型電力機車電氣原理電氣原理 第二部分第二部分輔助電路原理輔助電路原理n3AC 440V/60Hz恒頻恒壓電路n3AC 440V變頻變壓電路nAC 230V電路nDC 110V電源及其配電輔助電氣系統(tǒng)組成及特點 輔助電氣系統(tǒng)組成 為保證機車正常功能的發(fā)揮和提供舒適的司乘環(huán)境，機車配備了相應(yīng)的輔助機組和輔助設(shè)施，構(gòu)成了輔助電氣系統(tǒng)。輔助電氣系統(tǒng)分成以下四個負載組：二、輔助電

12、路原理二、輔助電路原理輔助電壓特性及主要參數(shù)輔助電氣系統(tǒng)-主要部件介紹 變頻變壓回路U/f輸出特性曲線 恒頻恒壓回路輸出電壓： 440V恒頻恒壓回路輸出頻率：60Hz二、輔助電路原理二、輔助電路原理變頻變壓回路輸出電壓范圍：80440V變頻變壓回路輸出頻率： 80440V、 1060Hz輔助電氣系統(tǒng)原理圖和功能說明n主要輔機配置n冗余功能n庫用輔機起動、庫內(nèi)動車功能 3AC 440V負載供電原理二、輔助電路原理二、輔助電路原理 輔助電路的冗余功能 正常情況下，集成在主變流柜中的兩個輔助逆變器，一個工作在變頻變壓模式，一個工作在恒頻恒壓模式。兩個輔助逆變器的輸出接觸器之后設(shè)置了一個冗余接觸器，可

13、實現(xiàn)兩路輔助回路的冗余供電功能。當一個輔助逆變器出現(xiàn)故障時，輔助回路將重新配置，故障輔助逆變器的輸出接觸器自動斷開，冗余接觸器閉合，正常運行的輔助逆變器將承擔(dān)所有負載。此時所有輔助設(shè)備都以恒頻恒壓方式工作。二、輔助電路原理二、輔助電路原理輔助電氣系統(tǒng)原理圖和功能說明 AC 230V負載供電原理AC230V 60Hz支路，負載包括前窗玻璃加熱器、司機室取暖器，微波爐等二、輔助電路原理二、輔助電路原理輔助電氣系統(tǒng)原理圖和功能說明n給控制系統(tǒng)提供電源n轉(zhuǎn)換DC 24V給照明、儀表電路供電 DC 110V負載供電原理二、輔助電路原理二、輔助電路原理裝用自主研發(fā)牽引變流器和網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的裝用自主研發(fā)牽引

14、變流器和網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的HXD1型電力機車型電力機車電氣原理電氣原理第三部分第三部分網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)三、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)三、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)n 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)采用列車級控制和車輛級控制，列車控制級采用絞線式列車總線WTB，車輛控制級采用多功能車輛總線MVB。n 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)采用分布式控制技術(shù)，即分布采集及執(zhí)行，中央集中控制與管理的模式。由WTB/MVB網(wǎng)關(guān)模塊GWM、記錄存儲模塊ERM、數(shù)字量輸入輸出模塊DXM、數(shù)字量輸入模塊DIM、模擬量輸入輸出模塊AXM和微機顯示屏HMI等組成，通過MVB與傳動控制單元TCU、制動控制單元BCU、遠程動力分布控制單元MTU、制動顯示屏LCDM等進行通信。網(wǎng)絡(luò)控

15、制系統(tǒng)n符合IEC 61375-1標準的TCN網(wǎng)絡(luò)n電磁兼容性符合EN 50121標準n標準化、模塊化、冗余設(shè)計三、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)三、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)拓撲圖n 具有恒力矩、恒速、定速和再生制動特性控制功能n 機車重聯(lián)控制功能n 空轉(zhuǎn)、滑行保護,粘著利用控制和軸重轉(zhuǎn)移補償控制功能n 機車運行參數(shù)顯示和記憶功能n 機車故障檢測、故障診斷、故障處理提示的顯示和記憶功能n 無人警惕控制功能n 自動過分相和半自動過分相控制功能n 通風(fēng)機轉(zhuǎn)速自動控制n 冗余控制功能網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)三、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)三、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng) 主要功能裝用自主研發(fā)牽引變流器和網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的裝用自主研發(fā)牽引變流器和網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的HX

16、D1型電力機車型電力機車電氣原理電氣原理第四部分第四部分電氣原理圖說明電氣原理圖說明四、電氣原理圖說明四、電氣原理圖說明Page 34n 原理圖結(jié)構(gòu)介紹n 原理圖功能區(qū)（=01）n 原理圖電氣設(shè)備代碼n 原理圖地址代碼（=02）n 原理圖中的關(guān)聯(lián)信息n 電纜線號及線束號命名 電氣原理讀圖說明Page 35樹形結(jié)構(gòu)繪圖區(qū)標題欄樹形結(jié)構(gòu)繪圖區(qū)標題欄樹形結(jié)構(gòu)繪圖區(qū)標題欄樹形結(jié)構(gòu)繪圖區(qū)四、電氣原理圖說明四、電氣原理圖說明 電氣原理圖結(jié)構(gòu)介紹Page 36四、電氣原理圖說明四、電氣原理圖說明 電氣原理圖功能區(qū)Page 37功能區(qū)代碼前綴：“”， 基本定義如下： 00圖紙注釋 10主電路 20牽引制動回路

17、 30輔助/電源供電 40監(jiān)控和自動控制 50照明 60空調(diào)裝置 70第二輔助電路 80門控設(shè)備 90其它設(shè)備四、電氣原理圖說明四、電氣原理圖說明 電氣原理圖功能區(qū)Page 38 電氣設(shè)備代碼前綴” -”字母代碼，依據(jù)標準DIN EN 61346 2，具體電氣設(shè)備清單見ZL功能區(qū)，舉例如下： A 裝配、子裝配 C 電容 E 雜項，如照明裝置、加熱裝置 K 傳感器，接觸器 L 互感器 M 電機 S 開關(guān)，轉(zhuǎn)換器 T 變壓器 X 端子、插頭、插座 四、電氣原理圖說明四、電氣原理圖說明 電氣原理圖電氣設(shè)備代碼Page 39 原理圖的地址代碼前綴“”，具體的地址代碼參見原理圖的02功 能區(qū)，原則如下：

18、 機車頂蓋：100110 機車側(cè)墻：120129（右側(cè)側(cè)墻） 130139（左側(cè)側(cè)墻） 機車內(nèi)設(shè)備：140159（從右側(cè)到左側(cè)順序排列） 機車底架：160169 電氣原理圖地址代碼四、電氣原理圖說明四、電氣原理圖說明 電氣原理圖地址代碼四、電氣原理圖說明四、電氣原理圖說明Page 41 電氣原理圖中的關(guān)聯(lián)信息四、電氣原理圖說明四、電氣原理圖說明Page 421）一般類型： 例如620121.01中： 62：功能區(qū)號 01：功能區(qū)原理圖圖紙頁碼號 21：本頁內(nèi)順序號，2為圖幅區(qū)，1為累加號 .01：同一線號的流水編號2）多芯電纜： 例如DS620112中： DS：多芯電纜的類型代號，如果 是自帶的多芯電纜應(yīng)注明ZD 或自帶電纜的類型代號。 62：功能區(qū)號 01：功能區(qū)原理圖圖紙頁碼號 12：流水編號 電氣原理圖電纜號命名四、電氣原理圖說明四、電氣原理圖說明Page