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引言

隨著區域經濟的快速發展和新型城鎮化建設步伐的加快,行程在1h左右的都市圈和區域經濟圈應運而生。而城際動車組以其安全可靠、經濟適用、節能環保以及便捷舒適等特點,成為城際、市域交通解決方案的最佳選擇。城際動車組能夠實現高速鐵路與城市軌道交通的駁接,構建軌道交通綜合立體網,促進城市群與區域經濟的健康、持續發展。

文獻[2]重點分析了城際動車組牽引的能力、要素,并對CRH6系列城際動車組牽引系統平臺方案進行了對比說明。文獻從總體頂層設計角度分析了速度為140km/h的4編組城際市域動車組設計方案。本文在上述研究的基礎上,打造了一個標準化、平臺化、部件模塊化、通用化,能減少產品種類,實現不同技術平臺車輛統型的城際、市域車輛平臺,具有重要的現實意義和成本優勢。

1總體設計指標

城際動車組具有大載客量、長線路持續高速運行、短站間距快啟快停、頻繁啟停、大坡道啟動5個方面的特點。本文以時速160km、編組方式為Tc＋Mp+Mp+Tc的4編組列車為研究對象,根據城際線路的特點,通過分析調研確定該城際列車設計的頂層指標,具體如表1所示。

2牽引系統設備

2.1牽引系統方案

列車采用4編組、2動2拖型式,為動力分散型交流傳動系統。牽引系統采用獨立架控方式,主要由牽引變壓器、主輔一體化變流器、牽引電機、齒輪傳動機構等組成,整車配置2臺牽引變壓器、2臺牽引輔助一體化變流器、8臺牽引電機,具體如圖1所示。

2.2牽引系統性能

根據列車總體頂層設計指標中的牽引性能需求,在確保可用軌道粘著系數、轉向架安裝空間及牽引電機轉速的情況下,計算確定齒輪傳動比為4.316,牽引電機啟動扭矩為2520N·m,單電機最大輸出功率為321kw,整車最大牽引輸出功率為2520kw。依據上述計算參數繪制的牽引特性曲線如圖2所示。

圖2牽引性能曲線

2.3高壓系統

高壓系統結合現有復興號高速動車組高壓系統(AC25kV）供電電路,車頂上設有兩架電弓,運行時采用單弓受流,在接觸網供電時,一架受電弓升起給牽引回路供電,另一架受電弓則折疊備用,高壓貫通母線設置電流互感器,用于故障檢測。高壓電路圖如圖3所示。

3主輔一體化變流器

文獻重點討論了城際動車組主輔一體化變流器的電路原理、主要技術特點及核心關鍵技術,本文所設計的城際動車組變流器同樣采用主輔一體化變流器,主電路為AC-DC-AC形式,但完全采用獨立架空設計,兩個逆變器單元互不影響,箱體集成了四象限整流模塊、中間電路、主變模塊、輔變模塊、充電機與強迫水冷循環風冷系統,實現了模塊化輕量化、集成化、通用化及方便維護的設計要求。

3.1主電路形式

主輔一體化變流器通過牽引變壓器二次側輸出的三相AC950V供電,主電路采用AC-DC-AC形式。兩電平電路結構簡單,所需開關器件數量少,控制難度小,是目前國內外動車組技術主流的電路結構。經過綜合考慮,主輔一體化變流器主電路采用技術成熟的兩電平電路設計,主電路結構如圖4所示。

變流器采用主輔一體化設計,牽引部分由兩個完全獨立的供電單元組成,每個供電單元包含一組四象限8wP整流器和VVVF逆變器,并設置了充電短接回路、斬波回路、固定放電回路、接地檢測電路。每個供電單元向一個轉向架的兩臺牽引電機供電。兩重四象限互相錯開一定的相位角度,減小對電網的諧波污染。牽引變流器采用無二次諧振回路設計,控制方式為獨立架控(非共中間直流回路架控）。由一個供電單元的直流環節給輔助逆變器供電,經過逆變、降壓和濾波后輸出三相AC380V。從輔助逆變電路輸出的穩定的三相AC380V電壓經三相電抗器、EPC濾波器給DC110V充電機供電,充電機輸出穩定的DC110V電源作為列車控制電源并給蓄電池充電。

3.2主輔一體化變流器主要參數

主輔一體化變流器主要參數如表2所示。

4結語

經仿真計算可知,該新型城際動車組啟動加速度(0二40km/h）為0.8m/s2,平均加速度(0二l40km/h）為0.36m/s2,滿足列車頂層設計指標要求。牽引變流器采用主輔一體化、獨立架控結構以及高冗余性、模塊化的設計理念,方便各部件單元在線更換、檢修和維護工作的開展,為城際、市域列車標準化車輛平臺的打造提供了關鍵系統通用化設計方案,節約了研發、采購成本,降低了運營風險。