2 M2T编组B型地铁车辆高集成度牵引系统拓扑研究

吴月菊 李鹤群

1.中车长春轨道客车股份有限公司 吉林 长春 130062

2.中车大连电力牵引研发中心有限公司 辽宁 大连 116052

1 现状调查

1.1 行业现状调查 城市轨道交通车辆牵引系统领域国际公司在国内供货企业主要有：庞巴迪、西门子、阿尔斯通、ABB、三菱、东芝、东洋、日立、斯柯达等；

城市轨道交通车辆牵引系统领域中车内部企业有：时代电气、四方所、永济电机、大连电牵，大致经历了引进消化吸收、再创新、自主创新等阶段，各企业分别基于各自优势平台的基础上开展各自产品系列化设计，产品相对成熟或趋于成熟。

2 提升集成度方案分析

经过对现有平台系统方案的深入分析，着手采取以下方式提升牵引系统集成度：

(1)设计高集成度2 M2T编组B型地铁车辆牵引系统拓扑，各设备整体设计思路向已有项目产品靠拢，争取完全借用；

(2)从受电弓电路气路变更入手，调整车顶布置方案，将主熔断器箱、受电弓母线熔断器集成于一个箱体内；

提升集成度的牵引系统供货明细表更改部分见下表，详细的实施方案及过程见2.1、2.2。

表1 牵引系统供货范围明细表更改部分(提升集成度)

2.4 辅助熔断器 1 1 2.5 隔离二极管 1 1 2.6 车间电源车载插座 1 1

2.1车 下设备 (1)通过一系列的调研、分析及讨论，提出了较为集成化的高压电器箱方案，将“主隔离开关和熔断器箱”、“辅助隔离开关和熔断器箱”合并：

●主隔离开关和辅助隔离开关改为三位置隔离开关；

●将牵引逆变器中设置的高速断路器移至高压电器箱同时删除牵引熔断器(高压电器箱至牵引逆变器之间线缆的过载和接地保护可通过高速断路器实现)。

●高压电器箱采用车底安装方式，内部设有三位置隔离开关、高速断路器、隔离二极管、辅助熔断器、辅助母线熔断器和车间电源插座。

●高速断路器通过2根95 mm2的大线与Mp车牵引逆变器相连，用于牵引设备的保护，当发生逆变器故障或线路短路时将牵引设备从电网上可靠地断开。

表3列出了5个电容器投切方案，每个方案是综合各可行解后得到的使有功损耗、静态电压稳定指标、无功补偿设备投资成本均较优的无功投切方案，即每个方案能同时兼顾电力系统运行的经济性、稳定性和安全性。

●辅助熔断器和辅助母线熔断器分别通过1根70 mm2的大线与辅助电源箱和辅助母线相连，实现辅助电源系统的过载与接地保护。

2.2 车顶设备 根据模拟运行仿真计算及熔断器仿真计算，主熔断器选用2个600A的熔断器并联使用，受电弓母线熔断器与主熔断器选型一致。若主熔断器和受电弓母线熔断器可以集成在一个箱体内，即一个箱内安装4个600A熔断器箱。

根据初步校核结果，在保证受电弓安装尺寸以及车顶下线位置保持不变的原则下，两种布置方案均不理想。

由于车顶走线空间有限，为使熔断器箱尽可能不进行变动，从受电弓出线位置变更入手，在下框架增加高压接线点。

3 效果检查

3.1 车下设备 (1)技术可靠性：提升集成度方案整车电气原理已通过各方的专家评审；车下设备间维护空间、安全距离已确认可以保证，上述方案从技术角度分析无问题。

(2)尺寸及重量：原主隔离开关及熔断器箱尺寸及重量分别为730x520x285 mm(长、宽、高，下同)、85kg；原辅隔离开关及熔断器箱尺寸及重量分别为700x900x550mm、190kg；高压电器箱尺寸及不含高速断路器的重量为2000x1000x650 mm、360kg。该方案有效减小了车体设置的吊钩数量以及车下、车顶的走线数量，并且该高压电器箱可以与制动电阻并排布置，有效防止了车辆重心偏心的问题。

3.2 车顶设备 (1)技术可靠性：针对以下设计输入，进行了熔断器箱与受电弓之间电气间隙的校核：

●熔断器箱底座底面与受电弓绝缘子底面同等高度；

●车宽方向：熔断器箱中心距离受电弓中心535 mm；

●受电弓最小升弓高度110 mm，按最恶劣情况即受电弓处于降弓位置考虑。

计算过程如下所示：

受电弓最大升弓高度≥2 m，＜3 m，根据受电弓标准EN50206－2，定义了弓头的横向偏移量，但是未定义弓尾的横向偏移量，

从受电弓结构分析，弓尾的横向偏移量比弓头的横向偏移量小，遂弓尾的横向偏移量可参考弓头的横向偏移量：在最小工作高度时不大于30 mm，即受电弓中心与熔断器中心距离由535 mm改为505mm，测得熔断器箱金属表面距离受电弓上支架最小距离为120.086－30(上支架管径)＝90.086 mm。

根据GB/T 21413.1－2008 IDT IEC60077－1：1999，DC1500V、OV4的额定冲击耐受电压为18k V。经查，18k V对应PD4的电气间隙为32 mm。

90.086＞ 32 mm，遂该布置方案满足最小电气间隙要求。

受电弓仍保留原接线板，气路管路无需调整，仅按照上述变更方案增加新的接线板。

(2)尺寸及重量：原方案中主熔断器箱、受电弓母线熔断器箱尺寸及重量分别为924x360x300 mm、38kg，本项目熔断器箱尺寸及重量分别为565x565x288 mm、71kg，有效减小了车顶设备尺寸及重量。

4 总结

通过基于某地铁项目进行的车下及车顶牵引系统拓扑改进，形成平台和主电路及产品配置，提升了2 M2T地铁车辆牵引系统拓扑集成度，有效降低了产品尺寸、重量、系统复杂程度及设计成本，达到了既定目标。