HXD1型电力机车-电气原理

南车株洲电力机车有限公司电气系统原理装用自主研发牵引变流器和网络控制系统的HXD1型电力机车技术中心赵玉玲目录Page2第一部分主电路原理第二部分辅助电路原理第四部分电气原理说明第一部分第三部分网络控制系统装用自主研发牵引变流器和网络控制系统的HXD1型电力机车电气原理第一部分主电路原理主传动系统主传动系统原理主电路由网侧电路、主变压器、牵引变流器和牵引电机组成。一、主电路原理网侧电路原理爱爱爱网侧电路可分为三个部分：1）网侧受流2）网侧检测3）网侧保护主传动系统主要功能：从网侧获取电能。每节机车网侧电路由1台受电弓、1台主断路器（带高压接地装置）、1台避雷器、1台高压电压互感器、1台高压电流互感器、1台高压隔离开关、牵引变压器原边、接地回流互感器和接地碳刷等组成。两节机车间的网侧电路通过车顶高压连接器相连。一、主电路原理网侧受流原理升单个受电弓的网侧电路原理图升双受电弓的网侧电路原理图主传动系统一、主电路原理网侧电路中的高压电压互感器、原边电流互感器和回流电流互感器等测量器件，用于向机车控制系统、牵引控制单元和能耗表等提供网侧电压和电流信号。能耗表用于显示机车从电网取得的电能和机车再生制动向电网反馈的电能。网侧检测原理一、主电路原理由主断路器用于对牵引变压器原边进行分、合闸操作。主断路器的分闸操作也用于为机车提供保护。当机车出现故障或外部条件异常需要切断网侧电源时，可通过给主断路器分断指令来实现。就网侧电路而言，网侧电路中的测量器件将测量的值提供给机车控制系统或TCU，由机车控制系统或TCU进行判断并在必要时给出分断主断指令，此类保护主要有：a)网侧短路保护当流经回流电流互感器的电流超过整定值时，主断路器将进行分断保护。b)网压监测保护通过高压电压互感器的检测，在网压不正常的情况下，主断路器将进行分断，保护主电路相关设备的正常工作。网侧保护原理一、主电路原理c)网侧过流保护通过原边电流互感器的检测，在电流超过整定值时，主断路器将分断保护。d)原边接地保护检测原边电流和回流电流的差值，当大于整定值时，判定为原边接地，主断路器进行分断保护。除网侧保护外，主电路的其它部分、控制电路以及辅助电路等出现故障需要保护时，也能通过分断主断路器来实现。如遇主断路器失效而无法断开时，则可采用强行降弓的方式切断网侧的电源。避雷器和接地开关也是网侧电路中的保护器件。避雷器用于抑制主电路中的操作过电压和运行时的雷击过电压。接地开关用于在需要登车顶或接近其它高压区域时使网侧电路接地，以保证操作人员的安全。网侧保护原理一、主电路原理第10页主电路介绍网压通过网侧回路的高压部件输入主变压器；1）主变压器通过两个4象限斩波器(4QS)向两个独立的中间电压直流环节供电；2）一个脉宽调制逆变器向一个牵引电机供电,实现轴控；3）四象限斩波器和脉宽调制逆变器采用水冷IGBT模块，模块等级为3.3kV。4）中间直流电路环节还连接有谐波吸收电路，过压保护电路、接地检测电路；5）主变流器可通过调节cosφ来实现对电抗负载的补偿，以提高功率因素；6）具有库内动车功能。一、主电路原理第11页一、主电路原理主电路控制与监视设备1）通过两个TCU（牵引控制单元）模块对变流器内部两组供电回路中所有设备进行控制和监视；2）通过CCU（中央控制单元）对两个TCU进行控制和监视。第12页主变压器主变压器为卧式变压器，主变压器和谐振电抗器安装在变压器油箱内，采用油循环强迫风冷。主变压器设有压力释放阀。原边绕组额定容量：5280kVA原边绕组额定电流：211A牵引绕组额定容量：4×1320kVA牵引绕组额定电压：4×970V牵引绕组额定电流：4×1361A绝缘等级：A级额定效率：≥96%谐振电抗器电感值：2×0.27mH一、主电路原理牵引变流器柜牵引变流器TCU主传动系统-主要部件介绍牵引变流器主要参数额定输入电压：AC970/50Hz最大输入电流：1640A中间额定电压：DC1800V额定输出电流：4×598A额定效率：不小于98%控制电压：DC110V启动转矩：9717NmIGBT模块技术参数额定电压：3300V额定电流：1200A开关频率：450Hz冷却方式：水冷一、主电路原理牵引电机牵引变流器TCU主传动系统-主要部件介绍额定功率：1224kW额定转速：1720r/min额定电流：598A额定频率：58.1Hz额定转矩：6802Nm启动转矩：9717Nm极对数：2对绝缘等级：200级冷却方式：强迫风冷一、主电路原理受电弓网侧主要部件介绍额定工作电压:AC25kV正常工作电压范围:AC17.5kV～AC31kV额定工作电流:1000A工作空气压力:400kPa～1000kPa升弓时间:6s～10s降弓时间:≤6s受电弓支撑绝缘子绝缘爬电距离：不小于1000mm一、主电路原理高压电压互感器形式：干式一次额定电压：25kV额定频率：50Hz/60Hz二次额定电压：150V准确级次：C1.05级额定输出容量：2×10VA爬电距离：875mm网侧主要部件介绍一、主电路原理BVAC.N99D主断路器BTE25.04D高压接地开关主断路器（含接地开关）主断路器技术参数额定电压：25kV额定分断容量：600MVA额定工作电流：1000A额定短路接通能力：40kA额定短路开断能力：20kA额定短时耐受电流：25kA/1s接地开关技术参数额定电压：25kV额定电流：400A短时耐受电流：16kA峰值耐受电流：40kA网侧主要部件介绍一、主电路原理高压隔离开关额定电压：25kV额定电流：400A短时耐受电流：8kA,1s机械寿命：20000次驱动方式：手动网侧主要部件介绍一、主电路原理形式：单T型电缆截面积：95mm2额定电压：25kV正常工作电压：17.5kV～31kV持续额定电流：520A（30℃）冲击电压：170kV电缆外直径：40mm～42mm电缆最小弯曲半径：210mm网侧主要部件介绍高压电缆总成一、主电路原理避雷器额定电压(rms)：42kV避雷器持续运行电压(rms)：31.5kV额定频率：50Hz标称放电电流：5kA谐波冲击电流下残压：≥118kV雷电冲击电流下残压：≥105kV操作冲击电流下残压：≥89kV局部放电量（在1.05Uc下）：≥10pC（Uc=31.5kV）爬电比距：≤25mm/kV伞群材料：硅橡胶网侧主要部件介绍避雷器一、主电路原理高压电流互感器标称电压：25kV额定电流比：250/1二次标称电流：1A/1A二次标称输出：20VA/5VA准确次级：C1.1级/C1.0.5级网侧主要部件介绍一、主电路原理装用自主研发牵引变流器和网络控制系统的HXD1型电力机车电气原理第二部分辅助电路原理3AC440V/60Hz恒频恒压电路3AC440V变频变压电路AC230V电路DC110V电源及其配电辅助电气系统组成及特点辅助电气系统组成为保证机车正常功能的发挥和提供舒适的司乘环境，机车配备了相应的辅助机组和辅助设施，构成了辅助电气系统。辅助电气系统分成以下四个负载组：二、辅助电路原理辅助电压特性及主要参数辅助电气系统-主要部件介绍变频变压回路U/f输出特性曲线恒频恒压回路输出电压：440V恒频恒压回路输出频率：60Hz二、辅助电路原理变频变压回路输出电压范围：80~440V变频变压回路输出频率：80~440V、10~60Hz辅助电气系统原理图和功能说明主要辅机配置冗余功能库用辅机起动、库内动车功能3AC440V负载供电原理二、辅助电路原理辅助电路的冗余功能正常情况下，集成在主变流柜中的两个辅助逆变器，一个工作在变频变压模式，一个工作在恒频恒压模式。两个辅助逆变器的输出接触器之后设置了一个冗余接触器，可实现两路辅助回路的冗余供电功能。当一个辅助逆变器出现故障时，辅助回路将重新配置，故障辅助逆变器的输出接触器自动断开，冗余接触器闭合，正常运行的辅助逆变器将承担所有负载。此时所有辅助设备都以恒频恒压方式工作。二、辅助电路原理辅助电气系统原理图和功能说明AC230V负载供电原理AC230V60Hz支路，负载包括前窗玻璃加热器、司机室取暖器，微波炉等二、辅助电路原理辅助电气系统原理图和功能说明给控制系统提供电源转换DC24V给照明、仪表电路供电DC110V负载供电原理二、辅助电路原理装用自主研发牵引变流器和网络控制系统的HXD1型电力机车电气原理第三部分网络控制系统三、网络控制系统网络控制系统采用列车级控制和车辆级控制，列车控制级采用绞线式列车总线WTB，车辆控制级采用多功能车辆总线MVB。网络控制系统采用分布式控制技术，即分布采集及执行，中央集中控制与管理的模式。由WTB/MVB网关模块GWM、记录存储模块ERM、数字量输入输出模块DXM、数字量输入模块DIM、模拟量输入输出模块AXM和微机显示屏HMI等组成，通过MVB与传动控制单元TCU、制动控制单元BCU、远程动力分布控制单元MTU、制动显示屏LCDM等进行通信。网络控制系统符合IEC61375-1标准的TCN网络电磁兼容性符合EN50121标准标准化、模块化、冗余设计三、网络控制系统网络控制系统拓扑图具有恒力矩、恒速、定速和再生制动特性控制功能机车重联控制功能空转、滑行保护,粘着利用控制和轴重转移补偿控制功能机车运行参数显示和记忆功能机车故障检测、故障诊断、故障处理提示的显示和记忆功能无人警惕控制功能自动过分相和半自动过分相控制功能通风机转速自动控制冗余控制功能网络控制系统三、网络控制系统主要功能装用自主研发牵引变流器和网络控制系统的HXD1型电力机车电气原理第四部分电气原理图说明四、电气原理图说明Page341.原理图结构介绍2.原理图功能区（=01）3.原理图电气设备代码4.原理图地址代码（=02）5.原理图中的关联信息6.电缆线号及线束号命名电气原理读图说明Page35树形结构绘图区标题栏树形结构绘图区标题栏树形结构绘图区标题栏树形结构绘图区四、电气原理图说明电气原理图结构介绍Page36四、电气原理图说明电气原理图功能区Page37功能区代码前缀：“＝”，基本定义如下：＝00图纸注释＝10主电路＝20牵引制动回路＝30辅助/电源供电＝40监控和自动控制＝50照明＝60空调装置＝70第二辅助电路＝80门控设备＝90其它设备四、电气原理图说明电气原理图功能区Page38电气设备代码前缀”-”字母代码，依据标准DINEN61346－2，具体电气设备清单见ZL功能区，举例如下：A装配、子装配C电容E杂项，如照明装置、加热装置K传感器，接触器L互感器M电机S开关，转换器T变压器X端子、插头、插座……四、电气原理图说明电气原理图电气设备代码Page39原理图的地址代码前缀“＋”，具体的地址代码参见原理图的02功能区，原则如下：机车顶盖：＋100——＋110机车侧墙：＋120——＋129（右侧侧墙）＋130——＋139（左侧侧墙）机车内设备：＋140——＋159（从右侧到左侧顺序排列）机车底架：＋160——＋169电气原理图地址代码四、电气原理图说明电气原理图地址代码四、电气原理图说明Page41电气原理图中的关联信息四、电气原理图说明Page421）一般类型：例如620121.01中：62：功能区号01：功能区原理图图纸页码号21：本页内顺序号，2为图幅区，1为累加号.01：同一线号的流水编号2）多芯电缆：例如DS620112中：DS：多芯电缆的类型代号，如果是自带的多芯电缆应注明ZD或自带电缆的类型代号。62：功能区号01：功能区原理图图纸页码号12：流水编号电气原理图电缆号命名四、电气原理图说明Page43例如111112B001中：111：电缆起点的设备位置代号（不表示出小数点后面的尾数）112：电缆终点的设备位置代号（不表示出小数点后面的尾数）B：电缆类型001：顺序号电缆类型：A：主电路，含电机电缆及回流电缆、辅助逆变器到辅助变压器电缆B：辅助电路，其中：辅助变压器到低压电器柜连线和辅助变压器之间连