电力机车过分相区时牵引变压器辅助绕组不间断供电技术方案研究_杜玉亮

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机车过分相区辅助系统不间断供电技术

１１原理分析．
将自动转换，由蓄电池向控制系统提供控制电源．维持机车运行通过分相区．而这时辅助逆变器由于无输入电源需要停止对辅助负载的供电。车在大交路机
上运行一个往返就要通过几十个甚至Ｌ百个分相区、
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器等操作，实现在主、电路失电的情况下惰行通过辅分相区．之后再逐项恢复供电．目的是让受电弓在其无电流的情况下进出分相区机车的【０ｌＶ控制电源屏（即采用相控整流或高频开关技术的电源装置）和辅助逆变器（或劈相机）的输人电源都取自辅助绕组，在过分
理示意图来说明其原理。图ｌ为一台变流器带４台牵引
电机．同时变流器内部集成有两组辅助逆变器可为机车辅助系统提供两路交流辅助电源的电路、变流器内
部是电路结构对称的如图所示的丽个靡框内的部分．
ＤＵＸｉ－Ｏｎｌｉ
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１辅助系统不问断供电技术
这种技术过去在直流传动机车很难实现．目但
前在新型交流传动电力机车上是完全可以实现的其基本思想是辅助逆变器的输入接到主变流装置的中间

过分相不间断供电列供系统过电压抑制研究

过分相不间断供电列供系统过电压抑制研究冉旺;郑琼林;杜玉亮;马浩宇;游小杰;张征平【摘要】辅助供电系统直接从主变压器辅助绕组取电的动车组或电力机车,在过分相区时辅助系统会失去接触网的电源.为保持辅助系统供电的不间断,牵引电机需在再生制动模式工作,由电机制动产生电能经主变压器耦合后供给辅助系统.在实现上述工作过程中,HXD3型机车在列车供电系统的变压器绕组两端出现了过电压.本文对HXD3型机车列供系统的主电路进行研究,建立列供系统交流回路的等效电路和传递函数,通过研究该电路的频率响应,对电路参数进行修正,改善系统阻尼比,抑制过电压的出现.仿真和实验结果均验证所提出方案的有效性.【期刊名称】《铁道学报》【年(卷),期】2016(038)009【总页数】6页(P46-51)【关键词】电力机车;再生制动;过电压抑制;二阶低通滤波电路;阻尼比【作者】冉旺;郑琼林;杜玉亮;马浩宇;游小杰;张征平【作者单位】广东电网有限责任公司电力科学研究院,广东广州510080;北京交通大学电气工程学院,北京100044;北京交通大学电气工程学院,北京100044;全球能源互联网研究院直流输电研究所,北京100044;北京交通大学电气工程学院,北京100044;广东电网有限责任公司电力科学研究院,广东广州510080【正文语种】中文【中图分类】TM311我国电气化铁路的牵引供电系统是25 kV工频单相交流供电系统。

在牵引供电系统中，列车是单相负荷，由于公共电网是三相系统，长距离的单相负荷会造成三相系统不平衡。

为了使单相负荷的影响在大的范围内趋于平衡，牵引供电系统采用轮换相序供电的方式[1]，即公共电网的A、B、C三相分段向牵引供电系统(及其接触网)供电，每一段供电臂的长度约25～50 km(不同的供电方式下，供电臂长度不同)。

因不同电压相位的供电臂之间不能直接连接，而是由一段被称为分相区的无电区段分隔开。

因此电力机车通过分相区时，其牵引系统和辅助供电系统都失去电源[2-3]。

机车过分相区辅助系统不间断供电技术

机车过分相区辅助系统不间断供电技术摘要：介绍了交流传动电力机车过分相区时实现辅助系统不问断供电的技术方案，通过原理分析和对实际应用参数的计算论证了其可行性，说明采用机车辅助系统过分相区不间断供电技术具有高机车可靠性、降低运用成本等诸多优点，已有多种机车采用了这一技术。

关键词：电力机车；分相区；辅助系统；不问断；供电我国电气化铁路接触网每隔20～25 km就有1个分相区，电力机车在过分相区时须进行退级、断开主断路器等操作，实现在主、辅电路失电的情况下惰行通过分相区，之后再逐项恢复供电，其目的是让受电弓在无电流的情况下进出分相区。

机车的110 V控制电源屏（即采用相控整流或高频开关技术的电源装置）和辅助逆变器（或劈相机）的输入电源都取自辅助绕组，在过分相区时。

一、辅助系统不问断供电技术这种技术过去在直流传动机车上很难实现，但目前在新型交流传动电力机车上是完全可以实现的。

其基本思想是辅助逆变器的输入接到主变流装置的中间直流环节，辅助逆变器的输出再给控制电源屏供电，过分相区时机车将自动转换成再生制动工况，由再生制动产生的电能来维持中间直流环节给辅助系统供电，这样机车辅助系统在过分相区时就可以为各种辅助负载设备实现不问断供电。

1.1原理分析典型交流传动电力机车主、辅电路原理示意图来说明其原理。

一台变流器带4台牵引电机，同时变流器内部集成有两组辅助逆变器可为机车辅助系统提供两路交流辅助电源的电路。

变流器内部是电路结构对称的两个虚框内的部分，以图示上部虚框为例，其内部包含了两重四象限PWM整流器U1和U2、主逆变器U3、辅助逆变器U4等几部分，其中辅助逆变器U4的输入取自主电路的中间宜流黪节，经辅助逆变器U4逆变后，再经过三福辅助变压器，最后形成=三相交流辅助电源给辅助负载供电机车控制电源屏的输入来自辅助系统的辅助变压器之后的三糨交流辅助电源，通过整流、逆变、变压器隔离及二次侧整流后．输出ll O V直流电，为控制系统提供控制电源。

基于TCMS的电力机车过分相控制方法研究

基于TCMS的电力机车过分相控制方法研究摘要：本文阐述了电力机车2种主要的过分相控制方法，并对具体控制策略及控制逻辑实现进行了研究分析。

电力机车过分相控制过程主要是通过TCMS列车网络控制系统实现的，同时，地面磁感信号、车载过分相装置及变流器等配合TCMS系统共同完成整个过分相过程。

关键字：过分相；TCMS；车载过分相装置；1 引言分相区是电气化铁路的无电区间。

在电气化铁路牵引区段，牵引供电采用单工频供电方式，为使电力系统三相尽可能平衡，需进行单相分段供电，或者是将不同变电所供出的不用相位的电进行隔离。

为防止相间短路，必须在各独立供电区之间建立分相区，各相之间用空气或绝缘子分割，称为电分相。

分相区一般设置于交流电线路的变电站附近或两交流变电站供电区域的分隔处。

在我国，电力机车运行距离远，因此，在运行区间的电气化铁路沿线，会存在多个分相区间。

因此，研究过分相控制方法，使机车特别是重载货运机车能够平稳地，安全可靠地通过分相区具有重要意义。

2 过分相信号配置2.1地面信号配置在分相区附件设置有4个磁钢信号，如图2.1所示。

机车按箭头所示方向运行，依次通过G1、G2、G3、G4磁钢，G1代表“过分相预备”，G2代表“过分相强迫”，G3代表“过分相恢复”，G4在该列车运行方向时可不使用，即在过分相控制过程中只用到G1，G2和G3三个磁钢信号，因为考虑到机车如果按相反方向运行，而不改变车载过分相装置布线，因此地面磁钢按对称方式布置。

如果机车按相反方向运行，G4代表“过分相预备”，G3代表“过分相强迫”，G2代表“过分相恢复”。

图2.1地面磁感信号布置方式2.2列车信号配置列车应装有满足标准要求的车载过分相装置，TCMS系统通过采集该装置的信号实现自动过分相功能。

同时，机车安装有半自动过分相按钮，TCMS系统通过采集该按钮同时参考接触网电压状态的变化实现半自动过分相功能。

涉及的输入输出信号见表2.1。

表2.1过分相输入输出信号通常，司机室激活端的车载过分相装置处于激活状态，非激活端的车载过分相装置不工作。

HXD1D型交流传动电力机车辅助系统不间断供电技术

分段换相供电。为防止相间短路，各相之间设有一段无电区域，称为分相区。目前铁路接触网一般每隔２０— ３０ｋｍ设有１
个分相区。机车在通过分相区时，主断路器，并在惯性通过分相区后闭合主断路器，
ＷＥＩＷｅｉｌｏｎｇ，ＬＩＨｕｉ
（ＣＳＲＺｈｕｚｈｏｕＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＬｏｃｏｍｏｔｉｖｅＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｚｈｕｚｈｏｕ４１２００１，Ｃｈｉｎａ）
过分相时主断路器的断、合可由司机操作，也可由系统自动完
成。机车过分相过程中由于机车主断路器断开，牵引系统及辅
助机组将停止工作，控制系统和监控系统等设备由车载蓄电池供电。
随着我国轨道交通运输业的发展及装备技术的日趋成熟，
１辅助系统不问断供电原理介绍
助逆变器组成。每重四象限ＰＷＭ整流器和一个逆变器组成一组独立的供电单元，为１台牵引电机供电。机车２个辅助逆变
创新与实践
ＴＥＣＨＮ０Ｌ０ＧＹＡＮＤＭＡＲＫＥＴ
ＨＸＤ１Ｄ型交流传动电力机车辅助系统不问断供电技术
魏伟龙，李辉
（南车株洲电力机车有限公司，湖南株洲４１２００１）
的寿命造成影响。同时，在分相区内，由于主压缩机停止工作，
从以上原理图可看出，ＨＸＤ１Ｄ型电力机车变流器主电路采用二电平四象限ＰＷＭ整流器＋ＶＶＶＦ逆变器模式。每台变流器由三重四象限ＰＷＭ整流器、３个ＶＶＶＦ逆变器和１个辅

电力机车牵引变压器故障诊断的技术研究的开题报告

电力机车牵引变压器故障诊断的技术研究的开题报告一、研究背景及意义电力机车作为重要的运输工具，其安全性和可靠性一直是人们关注的焦点，而牵引变压器作为电力机车的核心部件之一，起着变换电压、提供牵引电流的重要作用。

因此，对电力机车牵引变压器的故障诊断技术研究具有重要的现实意义和应用价值。

目前，电力机车牵引变压器故障诊断技术已经取得了很大的进展，主要包括基于波形分析的故障诊断、基于能量分析的故障诊断、基于神经网络的故障诊断等方法。

然而，在实际应用过程中，出现了一些问题，比如诊断结果不稳定、诊断率低、误判率高等，这些问题制约了该技术的普及和推广。

因此，本研究旨在深入探究电力机车牵引变压器的故障诊断技术，通过建立牵引变压器故障诊断模型，提高诊断准确率和稳定性，为电力机车的安全运行提供有力的技术支撑和保障。

二、研究内容与方法1.研究内容（1）电力机车牵引变压器的结构和工作原理分析。

（2）现有牵引变压器故障诊断技术的优缺点分析。

（3）基于波形分析、能量分析和神经网络的牵引变压器故障诊断方法研究。

（4）建立电力机车牵引变压器的故障诊断模型。

（5）实验验证和数据分析。

2.研究方法（1）文献资料法：收集和分析有关电力机车牵引变压器故障诊断技术的相关文献。

（2）数据采集法：通过实验平台采集数据，并将数据进行处理和分析。

（3）建模仿真法：设计并建立牵引变压器的故障诊断模型，并进行仿真分析。

（4）实验验证法：通过实验验证，验证模型的准确性和可靠性。

三、预期成果（1）建立基于波形分析、能量分析和神经网络的电力机车牵引变压器故障诊断方法。

（2）建立电力机车牵引变压器的故障诊断模型，提高诊断准确率和稳定性。

（3）实验验证模型的准确性和可靠性。

（4）撰写相关论文并发表在相关学术期刊上。

四、研究计划（1）前期调研：分析电力机车牵引变压器的工作原理和现有的故障诊断技术。

（2）中期研究：设计并建立牵引变压器的故障诊断模型，并进行仿真分析。

电力机车用辅助变压器[实用新型专利]

专利名称：电力机车用辅助变压器专利类型：实用新型专利
发明人：范基康,周家禄
申请号：CN200720184999.5申请日：20071220
公开号：CN201142270Y
公开日：
20081029
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种电力机车用辅助变压器，包括铁芯、高低压线圈、上、下夹件、旁拉螺杆和拉螺杆及绝缘件等构成，其特点是高低压线圈内、外圆的上、下部及高低压线圈的上、下端面的至少一处上涂刷有环氧树脂，还提高了上、下夹件、旁拉螺杆和拉螺杆的材料规格，增加了硅橡胶垫和高低压线圈的浸漆次数。

本实用新型改变了现有国产的电力机车没有辅助变压器的现状，通过技术改进成功的将具有优良结构和优异性能的敞开式(H级)干式变压器引用于电力机车的配电领域中，具有结构简单、成本低廉、抗冲击和抗震动性能好和抗淋雨防潮湿能力强的特点，可取代进口电力机车上的同类产品。

申请人：沈阳福林特种变压器有限公司
地址：110108 辽宁省沈阳市苏家屯区清洲街70号
国籍：CN
代理机构：沈阳亚泰专利商标代理有限公司
代理人：韩辉
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电力机车自动过分相系统信号处理器的系统设计

电力机车自动过分相系统信号处理器的系统设计
刘建秀;谷明辉
【期刊名称】《郑州轻工业学院学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2011(026)001
【摘要】针对电力机车自动过分相信号处理问题,以GFX-3型车载自动过分相系统功能原理为基础,设计了自动过分相系统信号处理器.该系统应用西门子S7-200 PLC作为信号处理器的核心控制器件,采用光电耦合、抗干扰、电路保护并配合软件,进行信号采集与处理电路(即PLC外围电路)的设计,从自检、屏蔽、响应及输出等功能出发进行PLC程序的设计,解决了电力机车自动过分相时机车定位信号和机车行进方向信号的调整问题.试验结果表明,该系统的信号处理准确率比GFX-3型系统提高了1.2%,具有实用性和推广价值.
【总页数】5页(P54-58)
【作者】刘建秀;谷明辉
【作者单位】郑州轻工业学院,机电工程学院,河南,郑州,450002;郑州轻工业学院,机电工程学院,河南,郑州,450002
【正文语种】中文
【中图分类】TP27
【相关文献】
1.HXD1C型电力机车自动过分相系统介绍及故障分析 [J], 董明智;陈宗建
2.“HXD3型交流传动电力机车与地面控制自动过分相系统兼容技术”通过铁道部
科技司技术评审 [J], 无;
3.电力机车自动过分相装置智能检测系统研究 [J], 黄根岭;刘成
4.浅谈SS3B型电力机车自动过分相系统 [J], 陈军
5.电力机车自动过分相状态检测系统的研究 [J], 管洁;梅劲松
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图4
VCB 断开前后能量流动示意图
机车动能
牵引变流器
牵引变压器
牵引变压器辅助绕组
辅助变流器
主断路器断开过程中，牵引变流器开始对牵引变压器原边电流进行控制，使牵引变压器原边电流控制防止主断路器断开时发生截流过电压现象，为合适值，此过程中辅助系统的供电由电网提供转换为由牵引系。待主断路器断开后，统提供，能量流动见图４（牵ｂ）引变流器由闭环逆变控制转换为开环控制，此时牵引系统可看作为电压源向辅助系统供电，整个过程辅助（）。系统控制策略不变，能量流动见图４ｃ该过程中，对原边电流的控制是必要的。因为牵引系统再生制动功率大于辅助系统功率，牵引系统除向辅助系统供电外还向电网回馈能量，此时主变压器原边绕组电流比断主断路器时原边绕组电流更大，因此对原边电流控制使其为合适值后进行断开主断路器操作是非常必要的。同时，整个过程中机车一直处于
３０
铁道学报
第３６卷
路和机车进行硬件改造，且效果一般，不利于推广。文］献［提出采用对牵引变压器原边电流控制解决机车９过分相时的过电压、过电流问题，但其采用的控制策略和硬件改造方式在实际应用中并不现实。本文提出一种新方案，可以使从牵引变压器辅助绕组取电的辅助系统在过分相区时能不间断供电。该方案在机车过分相过程中，通过牵引变流器、牵引电机和辅助变流器采用合适的控制策略，使牵引变压器辅同时通过牵引变助绕组仍能不间断给辅助系统供电，流器对牵引变压器原边电流进行控制，使机车在进出分相区时无过电压和励磁涌流现象，仿真和实验验证了该方案的正确性和有效性。
如图１所示，电力机车辅助系统电路由牵引变压器辅助绕组供电，并与牵引绕组耦合，牵引系统和辅助系统间存在能量耦合传递的路径，在分相区接触网无电时，通过牵引系统再生制动以维持辅助绕组不断电在原理上是可行的。
AC25 kV,50 Hz PT VCB CI INV 牵引系统 M
：Ａ，，ＡｂｓｔｒａｃｔｕｘｉｌｉａｒｓｓｔｅｍｓｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅｓａｎｄＥＭＵｓｍａｉｎｌｈａｖｅｔｗｏｍｅｔｈｏｄｓｏｆｔａｋｉｎｏｗｅｒｉ．ｅ．ｙｙｙｇｐ，ｌａｅｒａｆｒｏｍａｕｘｉｌｉａｒｗｉｎｄｉｎｓｏｆｔｈｅｍａｉｎｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒａｎｄｆｒｏｍｔｈｅＤＣｉｎｋｏｆｔｒａｃｔｉｏｎｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ．Ｉｎｔｈｉｓ－ｐｐｙｇｒｏｏｓｅｄｗｈｉｃｈｆａｃｉｌｉｔａｔｅｄｓｕｌｏｆｒｅｅｎｅｒａｔｉｖｅｂｒａｋｉｎｏｗｅｒｔｏａｕｘｉｌｉａｒｓｓｔｅｍｓａｎｄａｎｏｖｅｌｓｃｈｅｍｅｗａｓ－ｐｐｐｐｙｇｇｐｙｙｖａｓｓｉｎｎｅｕｔｒａｌｓｅｃｔｉｏｎｓ．Ａｌｓｏｔｈｉｓａｎｔｏｒａｈｓｏｉｄｅｄｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅｏｆｏｖｅｒｖｏｌｔａｅｓａｎｄｉｎｒｕｓｈｃｕｒｒｅｎｔｓｗｈｅｎｐｇｐｇｐｇｏｗｅｒｓｕｌｆｒｏｍａｕｘｉｌｉａｒｗｉｎｄｉｎｓｓｉｍｌｂｃｈａｎｉｎｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｓｃｈｅｍｅａｃｃｏｍｌｉｓｈｅｄｕｎｉｎｔｅｒｒｕｔｅｄ－ｐｐｐｙｙｇｐｙｙｇｇｐｐｅｒｏｏｓｅｄｍｅｔｈｏｄ．．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｅｘｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｖｅｒｉｆｔｈｅｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓｏｆｔｈｅｇｐｐｙｐｙ：；；；；Ｋｅｗｏｒｄｓｅｌｅｃｔｒｉｃｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅｎｅｕｔｒａｌｓｅｃｔｉｏｎａｕｘｉｌｉａｒｓｓｔｅｍ；ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｔｅｄｏｗｅｒｓｕｌｏｖｅｒｖｏｌｔａｅｉｎ－ｙｙｐｐｐｐｙｇｙｒｕｓｈｃｕｒｒｅｎｔ电力机车和动车组过分相区时维持辅助系统不间断供电，是改善司乘人员车上生活和工作条件的要求，目前解决的途径是采用牵引变流器的中间直流环节给辅助系统供电。从牵引变流器直流环节取电的辅助系统没有整流环节，是直交型供电系统，又分为先逆变后降压和先降压后逆变２种结构。不间断供电实现的方法是，当列车过分相区而使变压器失电时，列车工作在牵引电机发电以维持牵引变流器中间直电制动状态，
ｅｓｅａｒｃｈｏｎＵｎｉｎｔｅｒｒｕｔｅｄＰｏｗｅｒＳｕｌＴｅｃｈｎｏｌｏｆｏｒＲｐｐｐｙｇｙＡｕｘｉｌｉａｒＷｉｎｄｉｎｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＬｏｃｏｍｏｔｉｖｅＰａｓｓｉｎＮｅｕｔｒａｌＳｅｃｔｉｏｎｙｇｇ
］２１４－以及过分相区过程牵引电机、电流问题［牵引变流９］］。文献［、文献器和辅助变流器的控制策略问题［７６－
］［等对断开主断路器时发生截流过电压和闭合主断０１路器时出现合闸过电压、合闸涌流现象进行了详细分析，并提出了初步的解决方案，但大都是对现有铁道线
A 相供电臂
中性区
B 相供电臂
1＃预告信号 2＃强迫断 VCB
3＃
4＃
图 3 机车过分相区过程信号时序图
２．１主断路器断开过程分析机车在Ａ相供电臂接收到进分相区预告信号（图后，牵引电机转换为再生发电工况，３中１＃预告信号）牵引变流器转换为逆变工况。ＶＣＢ断开前后能量流动示意图见图４。
；修回日期：收稿日期：０１３７６０１４１８２２０２００－－－－，第一作者：杜玉亮（男，山东潍坊人，博士研究生。９８７—）１：ａｉｌ１１１１７３７７＠ｂｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎＥ－ｍｊ，通讯作者：郑琼林（男，浙江江山人，教授，博士。９６４—）１：Ｅ－ｍａｉｌｔｚｈｅｎｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ＠ｂｑｇｊ
AC25 kV,50 Hz PT 牵引系统 VCB CI APU Rf 辅助系统（ a）状态 1：主断路器断开前能量流动图 AC25 kV,50 Hz PT 牵引系统 VCB CI APU Rf 辅助系统（ b）状态 2：主断路器断开过程流量流动图 INV INV M INV INV M
辅电路原理图分析１电力机车主、
（）文章编号：８００００１３６１２０１４１１０２９６１－－－
电力机车过分相区时牵引变压器辅助绕组不间断供电技术方案研究
杜玉亮，郑琼林，冉旺，郝瑞祥，游小杰，刘友梅
）（北京１北京交通大学电气工程学院，０００４４摘要：电力机车和动车组的辅助系统供电电源有两种途径：一种是从牵引变压器的辅助绕组获得交流电，另一种是从牵引变流器的中间直流环节获得直流电。本文提出一种解决方案，使得机车在过分相区接触网无电期间，牵引变压器的辅助绕组仍能不间断给辅助系统供电，还能确保受电弓进出分相区时不产生过电压和过电流。该解决方案使得辅助系统由牵引变压器辅助绕组供电的机车或动车，经过适当改变控制策略就可以实现过分相区时变压器辅助绕组不间断供电，从而维持辅助系统正常工作。仿真和实验结果验证了所提技术方案的正确性和有效性。关键词：电力机车；分相区；辅助系统；不间断供电；过电压；励磁涌流：／中图分类号：Ｕ２６４．３．６文献标志码：Ａｄｏｉ１０．３９６９３６１．２０１４．１１．００５．ｉｓｓｎ．１００１８－ｊ