160km交流传动客运电力机车培训-总体部分

160km/h交流传动客运电力机车培训教材总体部分大连机车车辆有限技术开发部1.机车概述2.机车主要特点3.机车主要技术参数4.机车特性1. 概述立项背景•根据铁路客运运输发展需要，研制160km/h等级的客运电力机车，具有牵引20节旅客列车的能力，既能够在既有线路上牵引提速旅客列车，也能够在高速线路上牵引过境旅客列车，以实现我国铁路客运运输的多样化和无缝衔接。

在160公里速度等级上我公司有东风4D 客、东风10F 型、神州号动车等系列内燃机车和韶山7E 型电力机车的成熟运用经验。

研制基础神州号动车 170km/h 东风4D 客170km/h 韶山7E 170km/h2004年以来，随着机车主传动系统的交流化，我公司相继研制开发了最高运行速度120km/h 的HXD3型、HXD3B型、HXD3C 型交流传动电力机车，形成交流传动机车平台。

研制基础HXD3B 9600kW 货运 500台 HXD37200kW 货运1040 HXD3C7200kW 客货运 710台总体思路1、性能先进采用交流传动及微机网络控制技术，实现自诊断及远程监测，提高机车的牵引及制动功率，改善机车的粘着和控制特性，满足快速旅客列车牵引需求。

总体思路2、安全可靠研制高强度车体和转向架，优化机车动力学性能和轮轨关系，利用空气动力学分析优化机车外形，实现空气制动与电制动良好匹配，优化电气系统及列供系统设计，安装车载安全防护系统（6A系统），确保列车的运行安全。

3、节能环保提高整车的传动效率和部件的单位重量功率，采用电制动能量回馈技术，以实现机车节能降耗。

总体思路牵引性能与既有客运电力机车牵引相比，机车加速性能优越，0-160km/h加速时间缩短了56%，加速距离缩短了60％。

机车型号对比项目本7200kw交流机车既有4800kW直流机车0～加速时间（s）3016800～加速距离（m）888322302剩余加速度（m/s2）0.050.01前期准备2011年6月13-22日，在运输局组织下进行了客运机车运用适应性情况调研。

对现运用客运机车及动车组进行添乘考察并先后听取了北京、太原、武汉、上海、沈阳机务段对现有直流客运机车以及HXD3C交流机车运用情况的介绍以及对新造机车的建议，在本机车设计中进行优化改进。

机车设备布置司机室1 6 A 微机柜 柜 通 风 机 供 电 滤波柜 柜 电源柜 冷却塔 变流器1 卫生间 总风缸 压 缩 机 端 子 柜 工 具 柜司机室2空调2空调1 端 子 柜 压 缩 机 高 压 柜 低 压 柜 变流器2 冷却塔 储油柜 通 信 柜 供 电 柜 通 风 机 制动 控制 柜主要技术参数如下：项目 ƒ电传动方式 ƒ轴式 ƒ轴重 t ƒ控制方式 ƒ轮周牵引功率 kW ƒ持续速度 km/h ƒ持续牵引力 kN ƒ最高运营速度 km/h ƒ牵引恒功速度范围 km/h ƒ起动牵引力 kN ƒ电制动功率 kW ƒ最大电制动力 kN 列车供电功率 kW ƒ电制动方式 参数 交－直－交 C0-C0 21 轴控 7200 80 324（半磨耗） 160 80～160 420 7200 250* 2x400 * 再生•根据铁道部安排HXD3D机车在环铁试验期间，沈阳铁路 局乘务人员接受了连车公司HXD3D机车操纵培训并参加了机 车性能试验。

根据HXD3D型交流传 动快速客运电力机车型式 试验大纲要求，整车试验 项目共计41项。

截至6月30 日，已完成27项。

ƒ图 HXD3D机车环线特性试验2012年6月26～30日， HXD3D0001、0002号机 车在北京铁道科学研究院 环形铁道试验站进行了重 联、弓网特性试验，完成 了0～160Km/h速度范围 内的特性调整车牵引特性 、制动特性等试验，机车 运行平稳，控制特性指标 满足设计规范要求。

后期试验计划：根据铁科院型式试验总体安排，HXD3D机车将在郑州 铁路局管内线路进行机车承载结构应力试验、运行安全性 试验、运行平稳性试验。

由于北京铁道科学研究院环形铁 道近期将进行变电站整修，HXD3D机车剩余试验项目计 划于8月中旬环铁接触网恢复供电后进行。

科技司160km/h交流传动快速客运电力机车试用方案评审运用考核线路（1）拟选择HXD3D型号机车到沈阳铁路局进行30万公里和1年的运用考核。

（2）建议在沈大线大连-沈阳北、京哈线哈尔滨-沈阳北-北京间进行考核。

（3）HXD3D型机车运用考核在沈大线大连-沈阳北、京哈线哈尔滨-沈阳北北京间的时速120km/h及140km/h的旅客列车、时速160km/h的行邮列车 进行。

2.机车主要特点2.1 轴式为C0-C0，电传动系统为交直交传动，采用IGBT水冷变流 机组，1250kW大转矩异步牵引电动机，具有起动（持续）牵引力 大、恒功率速度范围宽、粘着性能好、功率因数高等特点。

2.2 辅助电气系统采用2组辅助变流器，能分别提供VVVF和CVCF三 相辅助电源，对辅助机组进行分类供电。

该系统冗余性强，一组辅 助变流器故障后可以由另一组辅助变流器对全部辅助机组供电。

2.3 2.4 采用微机网络控制系统，实现了逻辑控制、自诊断功能，而 总体设计采用高度集成化、模块化的设计思路，电气屏柜和 且实现了机车的网络重联功能。

各种辅助机组分功能斜对称布置在中间走廊的两侧；采用了规范化 司机室，有利于机车的安全运行。

2.5 采用带有中梁的、整体承载的框架式车体结构，有利于提高 车体的强度和刚度。

2.机车主要特点2.6 转向架牵引电机采用二、三轴对置方式；驱动系统采用轮对 空心轴驱动、刚性架悬；承载式齿轮箱；牵引装置采用低位推挽牵 引杆牵引。

2.7 2.8 2.9 采用下悬式安装方式的一体化多绕组（全去耦）变压器，具 采用顶盖夹层进风，各系统独立通风冷却技术。

另外还考虑 采用了集成化气路的空气制动系统，具有空电制动功能。

机 有高阻抗、重量轻等特点，并采用强迫导向油循环风冷技术。

了司机室的换气和机械间的微正压。

械制动采用轮盘制动。

2.10 采用了新型的空气干燥器，有利于压缩空气的干燥，减少制 动系统阀件的故障率。

交流传动快速客运机车的主、辅回路A C 2 5k V本项目机车采用连车公司六 轴7200kW电力机车技术平台 。

将6组主牵引回路及2组辅助 回路设置为完全独立，确保机车 的可靠性、冗余性。

并结合客运 机车运用特点优化控制软件，提 高列车安全性、舒适性。

ＣＩ １ ＣＩ ２ ＣＩ ３ A C 38 0 VＡＰ Ｕ１ＣＩ ４ ＣＩ ５ ＣＩ ６ ＡＰ Ｕ２ A C 3 80 VLG 1 LG 2D C 6 00 V D C 6 00 V交流传动快速机车的控制回路 主计算机 控制网络系统车载计 算机双机热备冗余，实 现无间隙切换，保证机 车可靠运用。

辅计算机列车供电控制辅助控制辅助设备控制 无人警惕控制 记录下载转储功能 故障信息显示、存储 故障诊断与保护功能采用微机网络控制系统，实现了逻辑控制、自诊断功能。

实现对机车的智能化、信息化控制人机交互轮径自动和手动修正 轴重转移补偿控制 空转、滑行保护控制 重联控制整车性能空电联合制动控制 牵引、辅助变流器控制 逻辑控制 牵引、再生制动控制微机控制系统机车变流器• 额定输入电压： 1450V/ 50 Hz • 额定输入电流： 965A* • 额定输入频率： 50Hz • 中间电压： 2800V • 额定输出电压：2150V • 额定输出电流：390A* • 最大输出电流： 572A* • 效率 • 控制电压： ≥97.5% DC110V• 安全指示灯电压：≥36V本160km/h机车的主变流器控制，采用新PP7EX处理 器，在提高性能同时减小控制单元体积。

Ｘ２.５倍 ƒ ƒ 处理能力 ２ . ５ ƒ 内部 MEMO ƒ RY12 SIZE k Wƒƒ 提高计算能力ƒ PP7 EXƒƒＸ６４ ８ ３ ｍ ｍ程序储存容量６倍ƒ ƒ ƒ ƒ8 k W 6 k W 4 k W 2 k Wƒ３７０ ｍｍƒ0ƒƒƒP P 7123计算速度（PP7比）160机车变流器功率模块3C机车变流器功率模块牵引电机牵引电机采用单绝缘轴承、薄板式联轴器输出结构形式，可有效降 低牵引电机轴承所承受的载荷，提高轴承的使用寿命。

牵引电机主要技术参数： 额定功率 1250 kW 额定电压 2150 V 额定电流 390 A 额定转矩 8940N.m 恒功率转速范围 1336-2668 rpm 起动转矩 11380 Nm 最大起动电流 520A 极数 4 控制方法 矢量控制 额定效率（持续点） 95 % 冷却方式 强迫风冷电机安装定子温度传感器，并设置轴承温度传感器 接口，对电机定子和轴承温度进行监控，从而提高电 机的安全可靠性。

ƒ图 电机分析网格模型ƒ图 电机纵切面温度分布变压器主变压器安装有布赫继电器、油流继电器、温度传感器，用于对变压器进 行保护，其信号送微机系统，能在微机显示屏上显示变压器油实时温度。

原边绕组额定容量 额定电压 额定电流 牵引绕组 额定容量 额定电压 额定电流 辅助绕组 额定容量 额定电压 额定电流 列车供电绕组 额定容量 额定电压 额定电流 2×580kVA 860 V 2×675A 606kVA 401V 2×756A 8400kVA 1450V 6×965A 10166kVA 25 kV 406A高压电器车顶只留有受电弓及其支持绝缘 子、避雷器，有效减少车顶高压电 器在雨雾等天气的污闪。

针对HXD3C机车出现互感器问 题，在本客运机车设计上重点考 虑冗余方案，提高可靠性。

1）将互感器自身额定工频耐受电压由HXD3C的80kV 提高至85 kV，额定冲击耐受 电压由170kV提升至200 kV 。

（注：按TB/T3038中6.1.1。

）另外 一次A端子采用硅 橡胶绝缘电缆引出，电缆绝缘电压25KV 。

HXD3C机车用高压互感器 160km/h机车用高压互感器列车供电系统每台机车安装两个完全独立的列车供电柜，每个供电柜内设有冗 余的2组控制单元，可通过设置在操纵台的控制单元转换开关进行转 换。

供电柜状态可以显示在微机显示屏以及6A显示屏上，司乘人员可 在司机室完成对列车供电柜状态的检测。

安装车载安全防护系统（6A系统） 包括走行部安全监测、防火监控、高压绝缘检测、视频监控、制动安全监 控、列车供电监测等安全防护功能的要求，为机车的安全运用提供了保证。

电气系统技术汇总表ƒ项目 高压电器 变流器 变压器 牵引电机 辅助变流器 辅助滤波柜 TCMS 蓄电池 充电器 6A系统 列车供电柜 第三方设备 端子柜 ƒ技术来源 借鉴HXD3C 新研制 借鉴HXD3B、HXD3C 新研制 新研制 借鉴HXD3C 借鉴HXD3C 同HXD3C 借鉴HXD3C 新研制 借鉴HXD3C 借鉴HXD3C柜体 借鉴HXD3C 模式转换开关移至柜体正面 针对HXD3C机车运用问题进行改 进，并增加与6A接口。