动车组牵引系统可靠性分析钟明娜

动车组牵引系统可靠性分析钟明娜

钟明娜孟凡勇王阔

中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛266000

摘要：本文主要针对动车组牵引系统可靠性展开分析，思考了动车组牵引系统可靠性的要求和具体的措施，提出了一些比较可行的方案，希望能够为今后的动车组牵引系统可靠性工作提供参考和借鉴。

关键词：动车组，牵引系统，可靠性

前言

目前，动车组牵引系统可靠性是十分关键的，只有提高了可靠性，才能够保证其运行更加的富有质量，更加富有水平，当前，动车组牵引系统可靠性依然需要我们深入分析和研究。

1、动车组牵引系统概述

机车牵引系统经历了蒸汽牵引系统、内燃牵引系统、电力牵引系统三个发展阶段，高速动车组使用电力牵引系统，目前主要采用交流传动系统。相较于交直流牵引传动和直流牵引传动，交流牵引系统具有良好的牵引性能，牵引功率大、体积小、重量轻、抗干扰能力强，其较强的机械特性也能很好的防空转，避免了换向器和火花问题，能实现大范围平滑调速，具有极高的经济效益和应用价值。高速动车组牵引系统的设计，涉及电力电子、脉宽调制、电机电器、控制技术、微电子技术等多个领域，具有跨学科的特点，在设计中还有很多问题需要深入研究改进和提高。

2、牵引集成单元的结构

牵引集成单元将所有牵引动力设备以集成单元的形式集中装配在一个动力车底部，即将牵引变压器、牵引辅助变流器、冷却系统集成为一体化的动车组牵引装置。

2.1牵引辅助变流器

牵引变流器主要由两个四象限整流器和两个逆变器组成。两个整流器分别由牵引变压器的两个二次绕组供电，每台逆变器为两台并联的牵引电机供电。辅助变流器从中间回路取电，输出3相AC380V，50Hz电压。

2.2冷却系统

冷却系统为牵引辅助变流器和牵引变压器共用的冷却装置，为它们提供温度、压力适宜的循环冷却介质，为牵引变压器、牵引辅助变流器安全可靠运行提供工作条件。

2.3牵引变压器

牵引变压器为牵引集成单元的供电装置，根据电磁感应原理实现降压并传输电能，将25kV网压降至所需的输出电压1430V给牵引集成单元供电。

动车组受电弓从25kV的接触网获得电能，通过牵引变压器降压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中间环节直流电。中间直流环节的直流电通过牵引逆变器，在牵引控制单元的控制下向牵引电动机提供电压、频率可调的电源，实现动车组的牵引制动和速度调节。辅助变流器从牵引变流器的中间直流回路取电，经逆变器、LC滤波、变压器降压后输出3相AC380V/50Hz交流电，辅助变流器并联运行为车上的辅助负载供电。

3、CRH3型动车组牵引传动系统的可靠性分析

车载控制系统、监测与诊断系统在动车组牵引传动系统运行过程中发挥着至关重要的作用。上述系统以建立在网络技术基础之上的分布式智能控制系统与诊断系统为主，列车控制微机网络系统是上述系统的信息传输功能的保障因素。通过对列车控制网络系统进行分析可以发现，MVB系统和TVB系统在控制网络系统中发挥着较为重要的作用。车载分布式微机网络系统是列车通信和控制微机网络系统的重要组成部分。为保证动车组牵引传动系统的可靠性，与动车组有关的列车级控制系统、单元级总线和一些重要的控制装备中需要包含有冗余系统，以便为动车组在总线就控制设备出现故障时的正常运营提供保障。与之相关的牵引控制系统需要保证列车在正常情况及非正常情况下的牵引、制动、方向、辅助系统及防滑性系统等子系统的逻辑判断过程中发挥作用。

3.1牵引传动系统降容运行的故障类型

牵引传动系统降容运行的故障类型是牵引传动系统可靠性分析过程中不可忽视的内容。根据动车组的实际运行情况，动车组系统的故障类别可以分为重大故障、重要故障和次要故障等。动车组列车的重大故障以停车故障为主，故障种类涉及列车停止运行、远大于规定时间的晚点和超出等级费用的失效故障。重要故障为动车组列车运行过程中产生的运行故障;次要故障多为不组织系统获得规定性能的实效故障。隔离开关故障、主断路器故障和主受电弓故障等是动车组列车运行过程中的常见故障。根据可靠性分配的实际情况，在高压电气和牵引单元的单元结构相对复杂的情况下，上述两种设备会表现出以下特点:一是分配故障率的上升;二是平均故障间隔时间的缩短。在系统未经过完整生命周期的情况下，基于专家评分分配法的可靠性指标分配具有一定的可行性。

3.2牵引传动系统的可用度与可靠度分析

3.2.1牵引传动系统正常工作

在动车组列车处于正常运行的情况下，与车辆行驶方向相对的行驶方向的后弓会发挥出为车辆供电的功能。此时，前弓处于备用状态。在与之相关的可用度及可靠度的计算过程中，设备的可用度、设备的平均工作概率、设备平均停工概率、故障率、维修率、平均工作时间和平均维修时间等内容是不可忽视的内容。

3.2.2牵引传动系统非正常工作

牵引传动系统的异常工作状态主要表现为以下方面:一是牵引传动系统虽然出现部件故障，但是备用受电弓仍然可以让系统处于100%牵引容量的工作状态的故障;二是牵引传动系统的牵引容量为75%的工作状态;三是牵引传动系统牵引容量为50%的工作状态。在牵引传动系统牵引容量为75%的情况下，隔离故障牵引变流器措施是故障处理过程中的常用措施。在牵引系统的牵引容量为50%的情况下，相关人员需要在隔离一个牵引单元的情况下启用另外一个牵引单元。在系统故障率、维修率和维修时间等因素的影响下，系统故障产生以后，动车组在降级运行下的可靠性指标并不会低于正常工作状态下的运行指标。故障率和维修率可以看作系统可靠性指标的重要影响因素。

4、牵引性能试验技术

牵引性能试验主要是对动车组牵引系统的整车性能及与系统安全防护密切相关的功能进行考核，

牵引性能测试系统的硬件部分主要由三大部分组成，分为传感器部分、信号调理部分、数据采集器部分和控制计算机等。

传感器部分根据不同的测量对象，主要包括力传感器、温度传感器、速度传感器、加速度传感器以及电压电流传感器；根据现场需要，还可以灵活地对车载信号进行测量。传感器不仅测量精度高，而且响应速度快，抗干扰和抗冲击能力强，并具备一定的过载能力。

信号调理器部分主要是专为电压、电流传感器定做的LTC系列信号调理箱。

数据采集器由D6266、N5000、LGM500型功率分析仪和imc数据采集器组成。

功率分析仪和数采设备直接通过以太网接口连接控制计算机，在数据同步性方面两套设备通过以太网软件设置实现毫秒级同步，在高采样率波形记录上通过仪器硬件同步实现微秒级严格同步。

测试系统先进性体现在如下方面：

（1）系统可靠性高。系统能够在交流系统大畸变、高电磁干扰条件下可靠工作。

（2）系统拓展性好，可以根据被测对象特点方便的构造的可靠的现场测试系统。各数据采集设备均可直接实现网络控制，只需通过一台网络控制计算机即可对所有主机进行控制和数据传输。。

（3）实现了同步采样的要求。多台主机之间提供多种同步方式，即DCF同步、GPS同步或二者结合。同步误差在微秒级，完全满足交流传动系统快速响应和各测试参数之间相位精度的要求。

结束语

综上所述，动车组牵引系统可靠性是一个十分重要的指标，所以，本文总结了动车组牵引系统可靠性的方法，提出了一些比较可行的建议和措施，可供今后参考和借鉴。

参考文献

[1]冯东.高速列车同步牵引系统仿真研究[D].浙江大学，2017.9