CRH5G型高寒动车组牵引辅助变流器研制

CRH5G型高寒动车组牵引辅助变流器研制

李志宇 于聪 张杨

中国中车长春轨道客车股份有限公司， 吉林 长春 1 30000

摘要：CRH5G型高寒动车组(下面简称:CRH5G型动车组)是针对高寒、高温、高海拔、强风沙、强紫外线、长交路等特殊运行环境条件下，研发制造的时速250km/h动车组，并于2014年投入上线运营。为不断优化和完善其牵引系统的性能及RAMS指标，现对CRH5G型动车组牵引辅助变流器及关键零部件检修维护进行研究。旨在进一步提升动车组的可靠性、可用性、可维护性及安全性，为全寿命周期管理提供数据基础和技术支撑。

关键词：CRH5G型高寒动车组；牵引辅助变流器；检修维护；运行环境

1 导言

依据CRH5G型动车组运行环境、气候工况及线路特点等实际情况，本文主要针对兰新线车组的牵引辅助变流器及其零部件的耐低温、散热、绝缘、抗风沙等方面的改进以及牵引功率提升等优化措施，使得牵引系统进一步适应兰新客运专线-40℃低温、3640m高海拔、强风沙与30‰长大坡道线路的应用。因此，本文对CRH5G型高寒动车组牵引辅助变流器的研究具有重要意义。

2 辅助变流器及其原理

2.1 辅助变流器概述

牵引辅助变流器的作用是将牵引变压器二次侧的AC1770V单相交流电转变为电压和频率可调的三相交流电和AC400V（50Hz）电源，供牵引电机及列车辅助系统供电。分布于1、2、4、7、8五节动力车上。

2.2 牵引辅助变流器原理

受电弓从25kV的接触网获得电能，通过牵引变压器降压到1770V后供给四象限整流器，四象限整流器将牵引变压器二次侧单相交流电转变成系统要求的3600V直流电，通过四象限控制使牵引变流器网侧功率因数接近1。中间直流环节的3600V直流电通过牵引逆变器，在牵引逆变器的控制下向牵引电动机提供电压、频率可以调节的电源，实现动车组的牵引、制动和速度的调节。同时中间直流回路给辅助变流器输入供电，将3600V直流电压变换为三相AC380V/50Hz电压，为辅助负载供电。

2.3 牵引辅助变流器结构特点

2.3.1采用主辅一体的结构设计，将牵引变流器和辅助变流器集成在同一箱体中，具有结构紧凑、连线距离短、抗干扰性好的特点。

2.3.2采用模块化结构设计。根据各个模块的功能进行结构布局，主要包括辅助1平台、辅助2平台、牵引平台、冷却系统平台、用户1平台、用户2平台、电阻平台、中央线槽，且各箱体之间采用铆接结构设计。

2.3.3采用两种不同的防护等级，密封箱体采用IP56的防护等级，开放箱体采用IP20的防护等级。

2.3.4采用冷却系统置于牵引辅助变流器内部的结构。

2.3.5采用顶部框架整体吊装的结构。

3 CRH5G型动车组运营环境及线路特点

CRH5G型动车组主要服役于西北地区和东北三省，西北地区主要运营在兰新客专线。兰新客专全线长度1776km，东起兰州，途径西宁，西至乌鲁木齐。东北地区主要运营在哈大、哈齐线。主要运营环境特点有以下4种。

3.1高寒高温高海拔。乌鲁木齐冬季历史低温－41.5℃，吐鲁番夏季温度高于35℃时长平均99天，历史高温49.6℃，祁连山4～10月气温在4～15℃之间，祁连山隧道轨面海拔最高为3607m。齐齐哈尔1月平均温度－25.7℃，历史低温－39.5℃。

3.2强风沙。兰新客专线新疆段近60%线路穿越烟墩、百里、三十里和达坂城四大风区，风速高(最大风速60m/s)、风期长、季节性强和风速变化快，且伴有细、硬沙尘。

3.3长大坡道多隧道。兰新客专线坡段主要集中在浩门至张掖西区段，存在多处长达十几公里的20‰坡度，部分区段坡度达25‰，且存在64座隧道，总长187km。

3.4强紫外线。兰新客专线横穿甘肃省和青海省交界处祁连山山脉，地处高原、干旱少雨、光照强，夏季紫外线指数经常在4～5级。

4 牵引辅助变流器关键技术

4.1 耐高寒环境的适应性

4.1.1箱体材料的选用。非高寒型牵引辅助变流器选用Q345D结构钢制成，高寒型牵引辅助变流器采用低温性能良好的Q345E结构钢制成。两种材料的对比如下。

表1力学性能对比

4.1.2冷却液的选用。非高寒型牵引辅助变流器选用-26℃的冷却液，由45%的乙二醇和55%的水构成；高寒型牵引辅助变流器选用-40℃的冷却液，由55%的乙二醇和45%的水构成。

4.1.3EMI滤波器的选用，包括：辅助三相输出EMI滤波器和24V直流输入EMI滤波器。该器件由电感、电容和电阻集成，普通的电容只满足-25℃的使用要求，在-40℃的环境下使用时影响EMI滤波器的滤波功能。耐高寒型牵引辅助变流器选用满足-40℃环境使用要求的EMI滤波器。

4.1.4冷却风机的选用。非高寒型冷却风机选用型号为SKF,62062ZC3;WT的电机轴承，该冷却风机在-40℃的环境下起动时，由于油脂不容易形成润滑油膜，导致异音的存在。高寒型冷却风机选用SKF,62062ZC3；LHT23的电机轴承，解决了风机启动异音问题。

4.1.5接触器的选用。普通的接触器由于其注塑材料以及润滑脂选用非高寒型的，故其长时间在低温环境下使用时，会导致接触器卡滞以及注塑材料断裂的问题，影响接触器的使用寿命。耐高寒型牵引辅助变流器为了避免这些问题的发生，选用满足-40℃环境使用要求的接触器，降低系统的故障率。

4.2 耐高原环境的适应性

兰新线海拔高度：最高3640m，对于牵引辅助变流器的冷却系统和绝缘性能都提出了更为严格的要求。

4.2.1随着海拔的升高，变流器温升也升高，在海拔超过2000米后，温升超过牵引辅助变流器的温升限制（22K），在海拔3640米时达到26.9K。但是随着海拔的升高环境温度也在降低，环境温度的降低对牵引变流器温升有一定的补偿，补偿后的牵引变流器温升值均在温升限制范围内。

4.2.2按照《GB/T20626.1-2006，特殊环境条件高原电工电子产品第1部分：通用技术要求》的规定，针对兰新线3640m海拔高度，将牵引辅助变流器耐压试验电压幅值按原来的1.25倍进行了修正。

5 CRH5G型动车组关键零部件检修维护研究

5.1 轴承、齿轮箱、牵引电机等走行部状态监控

针对兰新客专线不同季节运行环境特点，定期下载轴箱、齿轮箱和牵引电机等轴承温度数据，并记录对应的线路公里标、气候环境等运行条件，通过数据分析和研究，为兰新客专线CRH5G型动车组走行部温度监控标准优化和行车故障应急处置提供数据支撑和经验积累。

5.2 万向轴、减振器、轮对和润滑油等零部件检修研究

根据兰新客专线特殊的环境和线路特点，须对万向轴、减振器、轮对和润滑油等关键零部件检修维护重点研究。选取运行里程达到30万公里和60万公里的车组，分别抽取2～4根万向轴拆卸分解，检查滑动键、轴承衬套磨耗情况和长度补偿装置状态，检测径跳值、弯矩度值、弯曲度值和动平衡等参数。选取运行里程达到60万公里的车组，抽取2～4个一系悬挂装置弹性节点、一系垂向减振器、轴箱弹簧、二系油压减振器、抗蛇形减振器，进行专项功能测试，检测弹性节点的硬度、老化系数等参数；检测减振器的阻尼特性等参数；对弹簧进行磁粉探伤，检测弹簧刚度、磨耗等参数。选取运行里程达到60万公里的车组，抽取2～3条动车轮对，分解齿轮箱组成，检查大小齿轮及啮合面状态、各迷宫处密封状态、各轴承状态及所有密封圈状态。分解轴箱轴承，检查轴承的密封状态和圆锥滚子轴承等各零部件的状态。选取不同季节、不同运行交路的车组，在20万公里齿轮箱换油时，抽取1～2个齿轮箱润滑油样品进行理化检测，分析润滑油金属含量、水含量、倾点、总酸值及－40℃运动粘度等参数。

此外，还有磨耗部件检修维护研究润滑部件维护检修、通风、过滤部件维护检修以及非金属部件维护检修等，本文就不一一赘述。

6 结语

综上，本文主要介绍了CRH5G型高寒动车组牵引辅助变流器的原理、结构特点以及CRH5G型动车组运营环境及线路特点，并探讨了牵引辅助变流器关键技术及CRH5G型动车关键零部件的检修维护，对提升检修技术水平、提高动车组运用效率有很大帮助。总之，2014年世界上一次性建设里程最长的兰新客运专线全线通车，兰新线具有高寒、高海拔、强风沙、坡道大等运行特征，为了满足兰新线高铁运行的需求，研制满足兰新线恶劣运行环境的牵引辅助变流器及其维护检修具有尤为重要的意义。

参考文献：

[1]王道平,张义忠.故障智能诊断系统的理论与方法[M].2011.

[2]丁福锡,杜永平.机车车辆故障诊断技术的发展[J].2013.