《代高速列车介绍》PPT课件.ppt

1,日立永济电气设备（西安）有限公司 技术部,新一代高速列车,HYEE,技术部培训案【 一】,PART 1,中国高速动车组车型简介,高速列车车型简介,CRH1-庞巴迪 CRH1，庞巴迪-四方-鲍尔（BSP）生产，原型是庞巴迪为瑞典AB提供的Regina。,一、CRH1型车技术指标,编组型式：8辆编组，可两编组连挂运行 动力配置：2（2M+1T）+（1M+1T） 车种：一等车、二等车、酒吧坐车合造车 定员（人）：670 客室布置：一等车2+2、二等车2+3 最高运营速度（km/h）：200 最高试验速度（km/h）：250 适应轨距（mm）：1435 适应站台高度（mm）：5001200 传动方式：交直交 牵引功率（kW）：5500 编组重量及长度：213.5m，420.4t 车体型式：不锈钢 气密性：没有 头车车辆长度（mm）：26950 中间车辆长度（mm）：26600 车辆宽度（mm）：3328 车辆高度（mm）：4040 空调系统：分体式空调系统 转向架类型：无摇枕空气弹簧转向架,转向架一系悬挂： 单组钢弹簧单侧拉板定位+液压减振器 转向架二系悬挂：空气弹簧+橡胶堆 转向架轴重（t）：16 转向架轮径（mm）：915/835 转向架固定轴距（mm）：2700 受流电压：AC25kV，50Hz 牵引变流器：IGBT水冷VVVF 牵引电动机：265kW 启动加速度（m/s2）：0.6 制动方式：直通式电空制动 紧急制动距离（m）（制动初速度200km/h）：2000 辅助供电制式：三相AC380V 50Hz DC100V,CRH2日本新干线E2的中国型号 CRH2是新干线E2的中国型号 CRH2，南车四方（联合日本财团）生产，原型日本新干线E2-1000。,二、CRH2型车技术指标,编组型式：8辆编组，可两编组连挂运行 动力配置：4M+4T 车种：一等车、二等车、酒吧坐车合造车 定员（人）：610 客室布置：一等车2+2、二等车2+3 最高运营速度（km/h）：200（具备提速到300km/h的条件） 最高试验速度（km/h）：250 适应轨距（mm）：1435 适应站台高度（mm）：1200 传动方式：交直交 牵引功率（kW）：4800 编组重量及长度：204.9m，345t 车体型式：大型中空型材铝合金车体 气密性：车内压力从4kPa降到1kPa时间大于50s 头车车辆长度（mm）：25700 中间车辆长度（mm）：25000 车辆宽度（mm）：3380 车辆高度（mm）：3700 空调系统：准集中式空调系统,转向架类型：DT206/TR7004B无摇枕转向架 转向架一系悬挂：单组钢弹簧单侧拉板定位+液压减振器 转向架二系悬挂：空气弹簧+橡胶堆 转向架轴重（t）：14 转向架轮径（mm）：860/790 转向架固定轴距（mm）：2500 受流电压：AC25kV，50Hz 牵引变流器：IGBT水冷VVVF 牵引电动机：300kW 启动加速度（m/s2）：0.406 制动方式：直通式电空制动 紧急制动距离（m）（制动初速度200km/h）：1800 辅助供电志士：DC100V，三相AC100V AC220V、AC400V,CRH3是和德国合作 CRH3，China Railway Highspeed3 中国引进Siemens AG 技术 （部分进口）生产的时速300KM动力分散式动车组，合作厂是北车唐山 。,三、CRH3型车技术指标,编组方式：8辆编组，可两编组连挂运行 动力配置：8M+0T (1A)(A1)转向架，所有车都是 车种：一等车、二等车、酒吧坐车合造车 定员：601人 运营速度：300km/h 试验速度：330km/h 牵引功率：8800kw 车体型式：大型中空型铝合金车体,转向架：H型无摇枕、转臂式定位、空气弹簧 轴重：17t 受流电压制式：AC25kV，50Hz 牵引电机功率：550kw 制动方式：直通式电空制动+两生制动 辅助供电制式：3相440V 80Hz，DC110V(此处原文引用自维基百科，以我们的现状，应该会有3相AC380 50Hz） 列车控制网络系统： 车载分布式计算机网络系统,CRH5是和法国合作 CRH5型动车组，是中华人民共和国铁道部为中国铁路第六次提速，引进自法国阿尔斯通的高速列车车款。,该车型采用动力分布式设计，以同厂的Pendolino宽体摆式列车为基础，车体以芬兰铁路的SM3动车组为原型，营运速度为200公里以上，为数60组，每组8节。在2004年10月10号所签定的合同下，阿尔斯通会提供3列车完全的样车（意大利组装）和6列可拆装的版本样车（以散件形式付运，由中方负责组装）。其余的51列会在接受了技术转移的中国组装，并且有65%国产部件安装在余下的列车上使用。“阿尔斯通已经同意将7项关键技术转移给中国”消息经过了中国铁道部的证实。 车壳的组装是由长春车辆厂负责，同时也是转向架装配和测试的地点。,青岛的四方厂则提供牵引电机和列车控制设备，同时西安的永济厂也提供牵引电机和牵引电力设备，辅助整流器和电池等。 首组CRH5已于2006年12月11日从意大利Savigilano登船运往中国，至2007年1月28日抵达大连港口。第一组由中国生产的CRH5将于2007年春出厂。,编组型式：8辆编组，可两编组连挂运行 动力配置：（3M+1T）+（2M+2T） 车种：一等车、二等车、酒吧坐车合造车 定员（人）：602+2（残疾人） 客室布置：一等车2+2、二等车2+3 最高运营速度（km/h）：200（具备提速到300km/h的条件） 最高试验速度（km/h）：250 适应轨距（mm）：1435 适应站台高度（mm）：5001200 传动方式：交直交 牵引功率（kW）：5500 编组重量及长度：211.5m，451t 车体型式：大型中空型材铝合金车体 气密性：车内压力从4kPa降到1kPa时间大于40s 头车车辆长度（mm）：27600 中间车辆长度（mm）：25000 车辆宽度（mm）：3200 车辆高度（mm）：4270 空调系统：车顶单元式空调系统,转向架类型：二系空气弹簧摇枕转向架 转向架一系悬挂：双组钢弹簧双转臂定位+液压减振器 转向架二系悬挂：空气弹簧+橡胶堆 转向架轴重（t）：17（动）/16（动） 转向架轮径（mm）：890/810 转向架固定轴距（mm）：2700 受流电压：AC25kV，50Hz 牵引变流器：IGBT水冷VVVF 牵引电动机：550kW 启动加速度（m/s2）：0.5 制动方式：直通式电空制动，备用自动空气制动 紧急制动距离（m）（制动初速度200km/h）：2000 辅助供电制式：三相AC380V 50Hz DC24V,四、CRH5型车技术指标,PART 2,CRH2型动车组牵引系统 系统构架,一、列车牵引系统配置,M7,M8,M9,M10,M11,M12,M13,M14,动力单元1,动力单元2,动力单元7,1台变压器,2台变流器,8台牵引电机,动力单元构成,容量增大,CRH2-300Km/h,CRH2-新一代,二、牵引系统主电路构成,1个动力单元组成,1台牵引变压器+2台牵引变流器+8台牵引电机,动力单元主牵引变压器单侧 主电路体统构成,主牵引变流器 （HYEE产品）,三、牵引系统主要部件,结构方式：单相、壳式、无压全密封结构 冷却方式：油循环风冷方式（KDAF） 绝缘类别：特殊A类绝缘 吊挂方式：车体下吊挂式,主牵引变压器,规格参数,主要规格参数,主牵引变流器,主要规格参数,主牵引电机,定子,转子,四、牵引变流器装置,牵引变流器主要构成部件,牵引变流器主要部件分布图示,二、牵引系统技术方案,2.3 牵引系统牵引性能要求 （1）牵引特性计算 编组重量：890t 传动比：2.379 电机启动力矩：1454N.m,列车单位阻力公 w=0.53+0.0039v+0.000114v2(N/kN),电机轴总功率:20440kW,轮轴功率:19418kW,（2）再生电制动能力要求 根据电机制动特性及牵引变流器能力提出制动特性方案如下。,全速度区域,再生电制动能力可以满足M车5级以下的制动需求。 185km/h以上时,再生电制动可以满足M车7级在内的制动需求。,制动特性,二、牵引系统技术方案,（3） 故障工作能力要求,功率损耗50%时,列车能在12的坡道上启动,平衡速度约为215km/h;平直道速度300km/h时剩余加速度为0.01/s2 。 当4个M车故障切除（功率损耗28%）,平直道速度为300km/h时，剩余加速度约为0.06m/s2。表明此时列车可维持300km/h的速度运行。,牵引特性-功率损耗50%,牵引特性-功率损耗28%,二、牵引系统技术方案,轮轴功率:9709kW,轮轴功率:13870kW,（4） 平衡速度,（空车时，列车总量为810t(按额定载重80人/t共1000人计算)，计算空车810t时平直道平衡速度为400km/h以上，可以满足400km/h以上的试验速度要求。,二、牵引系统技术方案,轮轴功率:19418kW,二、牵引系统技术方案,2.4 高压系统的配置方案 (1) 受电弓设置的数量 根据新一代高速列车牵引总功率设置及辅助系统负载容量计算，受电弓受流总电流为1130A，超过目前所有类型单受电弓的额定容量,因此新一代确定使用双弓受流。 (2) 双弓受流配置方案 双弓受流时后弓的受流性能较差，且与双弓间距有密切关系。双弓间距有待通过仿真计算和试验验证进一步确定。 初步确定新一代高速列车的高压系统方案有以下两种：,方案1：4/13车安装方案 双弓间距225m,方案2：2/15车安装方案 双弓间距325m,(3) 高压系统部件结构及环境适应性能 CRH2动车组高压电缆接头采用密封式连接形式,此外电缆接头安装后通过加装保护罩进行防护，具有极高的防雨、雪、冰、雾及防腐蚀性能。同时结构形式具有较好的空气动力学性能.,高压接头安装形式,电缆接头-阴阳触头密封式连接,高压外露导体按EN50124-1-2001对电气间隙及爬电距离设计。 高压耐压按TB/T1333.1-2002 idt IEC60077-1:1999铁路应用机车车辆电气设备 第一部分：一般使用条件和通用规则。,二、牵引系统技术方案,2.5、牵引传动系统参数匹配要求 （1）容量匹配要求 以牵引计算获得的牵引电机轴输出总功率20440KW为依据，14M2T计算配置设备容量如下（按照逆变器效率0.985，脉冲整流器效率0.975，牵引电机效率0.94）,（2）启动加速度与机械传动的匹配,结论: 传动比改为2.379，平直道0200km/h平均启动加速度0.44m/s2,满足不小于0.4m/s2启动加速性能要求。,二、牵引系统技术方案,（3）电机转速与机械传动的匹配,结论: 传动比改为2.379，牵引电机转速能够满足持续运行速度350km/h，最高运用速度380km/h，试验速度400km/h以上的转速要求。,二、牵引系统技术方案,容量匹配计算 启动加速度与机械传动的匹配 牵引变流器与电机参数匹配 牵引变流器与牵引变压器的参数匹配,（4）其它参数匹配,二、牵引系统技术方案,四台牵引电机特性差异控制在10以内。最大轮径差应控制在3mm以内。 牵引电机额定点的等效电气匹配参数 1次侧电阻R1：0.1128 1次侧漏电抗X1：1.1427 2次侧电阻R2：0.1267 2次侧漏电抗X2：1.1118 铁损电阻Rm： 377.70 励磁电抗Xm： 25.857,（4）牵引变流器与电机参数匹配,对应365KW电机，牵引变流器输出功率 1553kW，其输入/输出电流、电压在变流器的持续能力范围内。,二、牵引系统技术方案,变压器绕组短路电感的匹配调整 牵引变流器交流侧输入电感的设计需考虑变流器输出功率以及电流波形品质两个方面。变流器输入电感可以按如下公式确定： VC2Vs2+(WLis)2 由此计算得到变流器交流输入电感：L1.7mH。 考虑到输入电感受制于变压器的体积和散热等因素，具体设置值还需由变压器生产工艺综合确定, 经核算变压器的漏感值在1.1951.31 mH范围内可满足系统要求。 牵引变流器输入电压的匹配 牵引电机输出轴功率为365kW，较CRH2-300动车组电机（轴功率为322kW）增加了13，考虑到牵引变流器系统的安全性及散热工况，将输入电压确定为1650V，较原来的1500V提高了10，输入电流基本维持不变。其输入/输出电流、电压在变流器的持续能力范围内。,（5）牵引变流器与牵引变压器的参数匹配,二、牵引系统技术方案,为了达到电磁兼容性要求，牵引系统采取的主要技术措施如下： 接地抗干扰技术：使用合适的导线与地相连，保证接地良好。 屏蔽抗干扰技术 ：信号线（如速度信号、电压电流信号）都采用屏蔽线，屏蔽层接地 ；机箱设计中使缝隙尺寸满足要求: d/20。 高低压电路分开布线：严格按照主电路和控制电路分开布线的原则，主电路和控制电路尽量远离，并且都不平行走线，有效抑制电磁耦合。 地环路干扰隔离抑制技术 ：在牵引变流器的内部采用隔离变压器、光电耦合器、光纤传输等方式进行有效隔离。 EMI电源滤波器的使用：在电源输入正确使用了EMI滤波器，提高抗电磁干扰能力,（6） 牵引系统的电磁兼容性设计,二、牵引系统技术方案,2.6 对牵引电传动部件的要求 （1） 牵引电机 以现有牵引系统平台牵引电机为基础； 额定功率提升至365kw； 冷却通风量由20m3/min增加到25m3/min； 主体机构保持不变，电机铁心长度增加20mm； 优化牵引电机的内部绕组结构； 重量增加不超过50kg。,二、牵引系统技术方案,（1） 牵引电机-主要参数,二、牵引系统技术方案,（1） 牵引电机-需要关键计算分析项目,二、牵引系统技术方案,（2） 牵引变流器 对应365kW电机，逆变器输出功率提升为1553kW； 变流器的输入电压提升为1650V以维持脉冲整流器输入电流基本不变 ； 相应将低速段中间电压提高至2800V，高速段中间电压提高至 3100V； 变流器安装和外形尺寸、重量保持不变； 既有变流器在保持包括整流器/逆变器IPM/IGBT模块单元在内的硬件基本不变的条件下,通过调整牵引变流器电压参数实现功率提升的要求； 为使新一代高速列车牵引变流器有更大的牵引余量和发挥更大的再生电制动能力，优先采用基于现有IPM/IGBT（3300V/1200A）基础上研发的新大功率IPM/IGBT元件3300V/1500A）的牵引变流器方案。,二、牵引系统技术方案,（2）牵引变流器-主要参数,二、牵引系统技术方案,（3） 牵引变压器 以现有牵引系统平台牵引变压器为基础； 牵引变压器额定容量提升为一次3855kVA，二次1667.5kVA2 ，三次520kVA ； 牵引变压器在安装接口不变的基础上体积允许增加： 行车方向不超过50mm，垂直行车方向不超过50mm，高度方向10mm； 牵引变压器原边绕组采用铜材质； 增加冷却器冷却功率，由150kw提升为170kw以上; 牵引变压器重量增加不超过700kg;,二、牵引系统技术方案,（3） 牵引变压器-主要参数,二、牵引系统技术方案,结构方式：单相、壳式、无压全密封结构 冷却方式：油循环风冷方式（KDAF） 绝缘类别：特殊A类绝缘 吊挂方式：车体下吊挂式,（3） 牵引变压器-需要关键计算分析项目,二、牵引系统技术方案,2.7 短时功率（提高15%）分析 为进行高速试验，高速区（350km/h以上）在额定功率的基础上提高15%进行计算，则牵引电机轴输出总功率为23520KW。具体牵引曲线初步设定如下：,二、牵引系统技术方案,按上述牵引曲线运行从350Km/h到420Km/h所用时间约为440s，要求针对各部件进行短时功率能力（最大提高15%）分析。,(1) 牵引变流器短时功率（提高15%）分析 在额定功率的基础上提高15%进行计算，则牵引变流器输入功率提高到1860KW。相应电流电压列表如下：,二、牵引系统技术方案,采用既有变流器，当网压在25kV以上时，可以满足额定功率提高15%要求； 采用1500A变流器 ，当网压在22.5kV以上时，可以满足额定功率提高15%要求；,（2） 牵引变压器短时功率（提高15%）分析 在额定功率的基础上提高15%进行计算，则牵引变压器输出功率提高到3835KVA,综合两牵引平台计算结果如下： 假定变压器实际测量油温升65K, 计算70K,变压器过载15%最大的牵引绕组计算温升满足标准要求的115K要求，可以长期运行 ； 假定变压器实际测量油温升70K，计算70K,变压器过载15%时可以短时运行6分钟 ； 假定变压器实际测量油温升75K，计算70K,变压器过载15%时可以运行4分钟， 目前ATM9变压器的情况是实际测量58K，计算70K， 将于2009年6月10日前开始对变压器样机进行功率提升15%地面试验。,二、牵引系统技术方案,（3） 牵引电机短时功率（提高15%）分析 在额定功率的基础上提高15%进行计算，则牵引电机轴输出功率提高到420KW。 根据样机地面试验的结果，在保证25m3/min通风量的前提下，牵引电机满足额定功率提高15%的要求。,二、牵引系统技术方案,2.8 两牵引系统平台部件互换性要求 新一代拟采用的牵引电传动系统涉及2个平台，为保证2个平台部件间的互换性，对两牵引系统平台互换性要求如下： 机械接口一致：主要包括外形安装接口尺寸、重心等参数，同时重量及其它差异在管理允许的范围内。 电气参数及接口一致：主要包括输入输出定义、出线位置、牵引制动特性、变流器与牵引电机的匹配参数、变压器与变流器的匹配参数等,二、牵引系统技术方案,三、试验验证及时间节点计划,1 概述 为了充分保证新一代动车组可靠性、安全性等性能指标，成功完成新一代的设计、生产，按照阶段的节点计划，牵引传动系统累计需完成各设备、部件以及系统的地面、样车等计算、仿真、试验106项，其中： 地面计算、仿真、试验87项 装车试验34项 重要设备 试验：,IPM牵引变流器 牵引电机地面试验 牵引变压器地面试验 牵引系统二阶段线路跟踪试验 牵引系统及部件可靠性试验,既有IPM牵引变流器地面试验 1500A IPM牵引变流器地面试验 既有IPM变流器地面电传动组合试验 1500A IPM变流器地面电传动组合试验,三、试验验证及时间节点计划,2 试验验证的边界条件 地面试验按照下列最恶劣组合条件进行： 环境温度：最高55 最大湿度：95% 坡道：20 进风口压力：6kpa 柳絮堵塞20%、50% 风量减20%、30%、50% 全程运行追踪间隔：3min(按停站时间) 全速度范围 重量：890t 网压：17.5 kV、22.5kV、29kV、31kV 故障情况：50%动力切除、28%动力切除 轮径差：3mm 地面过分相切换故障时，冲击过电压。,三、试验验证及时间节点计划,牵引电机地面试验,3 试验验证项目及时间节点要求,试验目的：通过试制样机进行温升、强度、噪音及电气性能等试验验证 牵引电机的各项性能是否满足要求。 试验内容：空载试验、堵转试验、负载试验、高速试验、介质损耗角正切试验、温升试验（逆变器运转）、风量与静压测量、噪音测量及转子导条固有振动频率测量。 试验计划：试验大纲： 2009年5月20日 试验开始时间：2009年6月5日 试验完成时间：2009年6月20日前 试验合作单位：南车电机/永济新时速、四方股份（邓学寿、曹江）,三、试验验证及时间节点计划,试验目的：通过试制样机进行温升、强度及电气性能等试验验证牵引变压器的各项性能是否满足要求。 试验内容：空载电流及空载损耗测量、阻抗电压和负载损耗测量、温升试验、正规冷却特性试验、介质损耗角正切测量、感应耐电压试验、雷击耐电压试验、油密试验、震动冲击试验以及噪音测量试验 试验计划： 试验大纲： 2009年5月20日 试验开始时间：2009年6月5日 试验完成时间： 2009年6月20日前 试验合作单位：南车电机/大同ABB、四方股份（邓学寿、陈文录）,牵引变压器地面试验,三、试验验证及时间节点计划,试验目的：通过试制样机进行温升、强度及电气性能等试验验证牵引变流器的各项性能是否满足要求。 试验内容：闸控电源工作试验、半导体单元工作试验、元件屏蔽试验、接触网停电试验、接触网变动试验、负载激变试验、功率损失计算试验、噪声试验、温升试验、振动试验、风量试验及车辆信息控制装置组合试验 试验计划：试验大纲： 2009年4月30日 试验开始时间：2009年6月10日 试验完成时间：2009年6月30日前 试验合作单位：时代电气/日立永济、四方股份（邓学寿、刘先恺）,既有IGBT/IPM牵引变流器地面试验,三、试验验证及时间节点计划,试验目的：通过试制样机进行温升、强度及电气性能等试验验证牵引变流器的各项性能是否满足要求。 试验内容：闸控电源工作试验、半导体单元工作试验、元件屏蔽试验、接触网停电试验、接触网变动试验、负载激变试验、功率损失计算试验、噪声试验、温升试验、振动试验、风量试验及车辆信息控制装置组合试验 试验计划：试验大纲： 2009年10月30日 试验开始时间：2009年12月10日 试验完成时间：2010年4月30日前 试验合作单位：时代电气/日立永济、四方股份（刘先恺、陈文录）,1500A IGBT/IPM牵引变流器地面试验,三、试验验证及时间节点计划,试验目的： 对牵引电传动系统的电气性能、功能及部件间参数匹配性能进行验证及优化设计。 试验内容： 电机冷态直流电阻测量、牵引/再生试验、输出限制功能动作试验、跳弓试验、网线变动(网压突变)试验、滤波电容器电流的测试频率分析、控制电源停电试验、OVCRf 动作试验、GCT 电流的测试、功率因数的测试、Jp 值高次谐波的测试、网线停电试验、电机温升试验