某新型城际动车组牵引系统设计研究

赵正虎 丁朝奉

摘要：为了打造标准化、绿色智能化、经济适用型的某新型城际动车组，为国内、国际的城际和市域交通市场提供标准化车辆平台，从分析该新型城际动车组顶层指标出发，对该车型牵引系统特性、关键技术及平台方案进行了具体的设计研究。

关键词：城际动车;牵引系统;独立架控;主辅一体化

中图分类号：U266.2  文献标志码：A  文章编号：1671-0797（2022）03-0038-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.03.011

0    引言

随着区域经济的快速发展和新型城镇化建设步伐的加快，行程在1 h左右的都市圈和区域经济圈应运而生[1]。而城际动车组以其安全可靠、经济适用、节能环保以及便捷舒适等特点，成为城际、市域交通解决方案的最佳选择。城际动车组能够实现高速铁路与城市轨道交通的驳接，构建轨道交通综合立体网，促进城市群与区域经济的健康、持续发展。

文献[2]重点分析了城际动车组牵引的能力、要素，并对CRH6系列城际动车组牵引系统平台方案进行了对比说明。文献[3]从总体顶层设计角度分析了速度为140 km/h的4编组城际市域动车组设计方案。本文在上述研究的基础上，打造了一个标准化、平台化、部件模块化、通用化，能减少产品种类，实现不同技术平台车辆统型的城际、市域车辆平台，具有重要的现实意义和成本优势。

1    总体设计指标

城际动车组具有大载客量、长线路持续高速运行、短站间距快启快停、频繁启停、大坡道启动5个方面的特点[2]。本文以时速160 km、编组方式为Tc+Mp+Mp+Tc的4编组列车为研究对象，根据城际线路的特点，通过分析调研确定该城际列车设计的顶层指标，具体如表1所示。

2    牵引系统设备

2.1    牵引系统方案

列车采用4编组、2动2拖型式，为动力分散型交流传动系统。牵引系统采用独立架控方式，主要由牵引变压器、主辅一体化变流器、牵引电机、齿轮传动机构等组成，整车配置2台牵引变压器、2台牵引辅助一体化变流器、8台牵引电机，具体如图1所示。

2.2    牵引系统性能

根据列车总体顶层设计指标中的牵引性能需求，在确保可用轨道粘着系数、转向架安装空间及牵引电机转速的情况下，计算确定齿轮传动比为4.316，牵引电机启动扭矩为2 520 N·m，单电机最大输出功率为321 kW，整车最大牵引输出功率为2 520 kW。依据上述计算参数绘制的牵引特性曲线如图2所示。

2.3    高压系统

高压系统结合现有复兴号高速动车组高压系统（AC25 kV）供电电路，车顶上设有两架电弓，运行时采用单弓受流，在接触网供电时，一架受电弓升起给牵引回路供电，另一架受电弓则折叠备用，高压贯通母线设置电流互感器，用于故障检测。高压电路图如图3所示。

3    主辅一体化变流器

文献[4]重点讨论了城际动车组主辅一体化变流器的电路原理、主要技术特点及核心关键技术，本文所设计的城际动车组变流器同样采用主辅一体化变流器，主电路为AC-DC-AC形式，但完全采用独立架空设计，两个逆变器单元互不影响，箱体集成了四象限整流模块、中间电路、主变模块、辅变模块、充电机与强迫水冷循环风冷系统，实现了模块化、轻量化、集成化、通用化及方便维护的设计要求。

3.1    主电路形式

主辅一体化变流器通过牵引变压器二次侧输出的三相AC950 V供电，主电路采用AC-DC-AC形式。两电平电路结构简单，所需开关器件数量少，控制难度小，是目前国内外动车组技术主流的电路结构[4]。经过综合考虑，主辅一体化变流器主电路采用技术成熟的两电平电路设计，主电路结构如图4所示。

变流器采用主辅一体化设计，牵引部分由两个完全独立的供电单元组成，每个供电单元包含一组四象限PWM整流器和VVVF逆变器，并设置了充电短接回路、斩波回路、固定放电回路、接地检测电路。每个供电单元向一个转向架的两台牵引电机供电。两重四象限互相错开一定的相位角度，减小对电网的谐波污染。牵引变流器采用无二次谐振回路设计，控制方式为独立架控（非共中间直流回路架控）。由一个供电单元的直流环节给辅助逆变器供电，经过逆变、降压和滤波后输出三相AC380 V。从辅助逆变电路输出的稳定的三相AC380 V電压经三相电抗器、EMC滤波器给DC110 V充电机供电，充电机输出稳定的DC110 V电源作为列车控制电源并给蓄电池充电。

3.2    主辅一体化变流器主要参数

主辅一体化变流器主要参数如表2所示。

4    结语

经仿真计算可知，该新型城际动车组启动加速度（0→40 km/h）为0.8 m/s2，平均加速度（0→140 km/h）为0.36 m/s2，满足列车顶层设计指标要求。牵引变流器采用主辅一体化、独立架控结构以及高冗余性、模块化的设计理念，方便各部件单元在线更换、检修和维护工作的开展，为城际、市域列车标准化车辆平台的打造提供了关键系统通用化设计方案，节约了研发、采购成本，降低了运营风险。

[参考文献]

[1] 丁叁叁，张忠敏，何丹炉，等.城际动车组总体技术设计[J].机车电传动，2014（6）：10-15.

[2] 焦京海，曹江，刘江涛，等.城际动车组牵引系统研制[J].机车电传动，2015（3）：5-9.

[3] 李智国，王学亮.速度140 km/h 4编组城际市域动车组[J].铁道机车与动车，2017（12）：17-19.

[4] 李华，荣智林，忻力，等.城际动车组主辅一体变流器的开发[J].机车电传动，2015（6）：15-17.

收稿日期：2021-11-30

作者简介：赵正虎（1986—），男，甘肃会宁人，高级工程师，研究方向：牵引辅助系统及车载储能。