高原环境适应性HXD1D电力机车网侧柜设计及强度分析

HXD1D型机车无动力回送辅助系统供电研究闫柏辉;陈湘;王亚敏【摘要】针对HXD1D型机车无动力回送途中不能提供辅助供电电源,无法保障乘务员基本工作条件的问题,通过对HXD1D机车整体结构以及异步电机再生制动原理的分析和研究,在不升受电弓和无外电源引入的情况下,充分利用机车原有车载网络、变流控制、智能显示技术,研究和设计出无动力回送辅助供电系统,实现回送时机车辅助设备正常运转.【期刊名称】《机电产品开发与创新》【年(卷),期】2018(031)006【总页数】3页(P44-46)【关键词】HXD1D型机车;无动力回送;电机制动;辅助供电【作者】闫柏辉;陈湘;王亚敏【作者单位】株洲中车时代电气股份有限公司,湖南株洲412001;株洲中车时代电气股份有限公司,湖南株洲412001;长沙师范学院,湖南长沙410100【正文语种】中文【中图分类】U2690 引言在乌鲁木齐机务段的运行区段内，夏季最高气温达47℃左右，地表最高温度达80℃以上，冬季最低温度达零下40℃左右[1]，运行环境气温偏差较大。

但机车新造接车、高等级维修和发生故障回送维修时，回送机车全部设置为无火回送模式，根据《铁路机车无火回送处理办法》的规定，机车无火回送的过程中严禁升弓、合闸，故机车通风、烧水、热饭、取暖和照明等基本生活设施无法使用，值乘乘务人员防寒保温、防暑降温、基本生活条件和工作环境十分恶劣。

本文针对严寒、高温环境下，以不影响机车正常回送为前提，研究和设计出回送升压隔离装置及控制软件程序系统，最大地减少改造量，在不升受电弓和没有外电源引入状态下，利用牵引电机再生制动发电，稳定牵引变流器的直流电压，再利用辅逆模块逆变输出三相交流电压，给机车辅助设备、设施供电，提升乘务员工作环境和生活质量。

1 HXD1D电力机车简介根据HXD1D型机车整体制造设计，该车设计速度160km/h，总功率7200kW。

该车型采用主辅一体化的主电路模式，也就是牵引变流器和辅助变流器共用一个直流回路，使变流器结构更紧凑，具有更高的可靠性。

唐呼线 HXD1型电力机车万吨重载牵引运行性能分析摘要：本文系统分析了唐呼线沿线线路状态，简要介绍了HXD1型电力机车总体性能和参数，在进行整车牵引、制动特性校算、运行安全性能分析等基础上，通过线路试验的方法验证了HXD1型电力机车满足唐呼线万吨重载牵引任务的需求。

关键词：唐呼线；HXD1型；电力机车；性能；分析引言中国铁路呼和浩特局集团有限公司（简称：呼和局，下同），是中国铁路总公司管理的大型铁路运输企业的18个铁路局之一，呼和局地处内蒙古自治区中西部，内连西北、华北、东北地区，外接蒙古国、俄罗斯及东欧国家，承担着服务边疆草原、稳固祖国北部边疆的的重要任务。

管内大部分线路北傍阴山山脉、南沿黄河，由西向东穿越自治区2盟（阿拉善、锡林郭勒）、6市（乌海、鄂尔多斯、巴彦淖尔、包头、呼和浩特、乌兰察布）。

管内有京包、京通、包兰、集二、集通、包西线6条干线，有乌吉、海公、包白、包石、包环、包神、郭查7条支线，全局营业里程4457公里，其中电气化铁路1625.6公里。

随着经济的发展，货物运输需求越来越高，而铁路运输过程受自然条件限制较小，连续性强，能保证全年运行，且铁路运输成本较低，能耗较低，因此铁路运输为最佳选择之一。

唐呼线开通万吨重载列车是贯彻落实党中央“持续实施大气污染防治行动，打赢蓝天保卫战”、积极践行“公转铁”战略部署和要求。

本文系统分析了唐呼线沿线线路状态，简要介绍了装用自主研发牵引变流器和网络控制系统的HXD1型电力机车总体性能和参数，在进行整车牵引、制动特性校算、运行安全性能分析等基础上，通过线路试验的方式验证了HXD1型电力机车满足唐呼线万吨重载牵引任务的需求。

1唐呼线线路状态唐呼线全长859公里，起点唐山曹妃甸，终点呼和浩特市台阁牧，由过去的唐张、张集、集包线呼包段组成，唐呼线是呼和局重要的蒙煤外送通道。

唐呼线全线有174座桥梁、84座隧道和9处12‰以上大坡道，前期采用1台HXD2型+1台韶4机车牵引5000t小列，目前为HXD1型机车双机重联牵引万吨列车，2020年唐呼线预计年运量将达到1.5亿吨，每日开行万吨列车将达到50列。

0概述牵引变流器是HXD1D型电力机车电传动系统的三大组成部分（主变压器、牵引变流器、牵引电动机）之一，其性能直接关系到机车在高速运营时的安全性、可靠性、经济性，关于牵引变流器的设计以及优化已经成为目前阶段需要深入研究的课题。

1总体结构HXD1D型电力机车的变流装置采用的是封闭式箱型结构，为了避免变流装置运行时的热量过于集中，2个变流设备一个安装于机车的中间位置，一个安装于机车走廊侧方。

对于散热系统所引出的冷却液由箱体内部向外的连接管路导出。

每台变流装置内含有三组牵引变流器和一组辅助变流器，这样的设计使变流器体积更加小型化，便于整机设备安装。

如图1所示为牵引变流器实物图。

1.1IGBT元件模块化设计IGBT元件标准化设计目前已成为行业的通用做法，利用逆变器和整流单元的高效转换，来实现能量转换的快速响应。

进而提高牵引电机滑行或空转保护功能。

模块化IGBT整流元件，广泛使用现代32位或64位高速控制芯片，充分满足了矢量控制时数据运算速度和控制系统的稳定度，减少系统延迟误差。

另外，IGBT元件在运行时，尤其是多组控制载波重叠的情况下，会产生大量的高次谐波，降低了系统的能效转换率，而且对电源侧会产生一定的干扰。

因此在IGBT元件模块化设计时，可以采取一些控制算法使得每组控制载波的相位相互错开，来实现减少高次谐波，并提高功率因数的目的。

1.2辅助电动机供电电路及PWM整流辅助变流器（APU）是辅助电动机供电电路的核心。

辅助变流器通过牵引通风机电机和压缩机电机等辅助机器供给三相交流电，其控制方式一般有变压变频（VVVF）控制和恒压恒频（CVCF）两种。

在运行状态下，机车的冷却风量以及变流器内部器件的运转声会造成一定的噪音影响，为了降低这一影响，两台复合冷却器风机和多台牵引通风机电机可以设定在变压变频模式下安静工作。

辅助变流器经PWM整流电路将主变压器次级线圈的交流电转换成恒压直流电，之后由逆变器转换为三相交流。

Automatic Control •自动化控制Electronic Technology & Software Engineering 电子技术与软件工程• 131【关键词】HXD1D 客运电力机车 列车供电控制系统 系统特点长期以来，我国客运电力机车发展停滞不前，160km/h 级别的主要车型仍以2000年前后研制的SS8、SS9G 、SS7E 等交直传动机车为主，其牵引功率受到了一定限制，列车供电系统存在功能简陋、信息化程度低、器件停产采购困难等缺点，且车型开始老化，需要逐步退役。

为了填补机车空缺以及适应客运市场的发展，2011年开始，我国主要机车制造企业开始着手研制新型时速160-200km/h 级别的客运交流传动电力机车。

新型客运电力机车的要求是运行速度在160 km/h ，整车功率7200kW ，轴式为Co-Co 。

对此，由中车株洲电力机车有限公司根据HXD1C 平台研发出了HXD1D 型准高速交流传动电力机车。

为保证HXD1D 客运电力机车列车供电系统的可靠运行质量，因此对列车供电控制系统进行多项优化改进，以满足机车技术进步及可靠性的需要。

1 总体思路HXD1D 客运电力机车列车供电控制系统充分吸收了交直传动客运机车列车供电控制系统的优点和成功运用经验，此次一并在新开发的列车供电控制系统中统一规划、统一解决。

HXD1D 客运电力机车列车供电控制系统设计中利用了先进的晶闸管整流器微机控制系统技术，采用了新型微机控制芯片，充分贯彻了模块化的设计思想，提高了产品的可靠性和技术含量。

2 技术特点2.1 系统架构优化HXD1D 客运电力机车列车供电控制系统特点文/翟启斌HXD1D 客运电力机车列车供电控制系统的开发设计中，对系统架构和功能模块进行了优化和改进。

HXD1D 客运电力机车列车供电控制系统由供电控制插件、脉冲分配插件、网卡板插件、数字入出插件、开关电源插件、转换控制插件、背板等7个基本通用模块组成,并采用冷备冗余设计方式提高系统可靠性，可实现列车供电系统的晶闸管整流器控制、系统级故障保护、输出侧客车接地保护、对外通讯等功能。

HXD1电力机车网压检测失真故障分析摘要：某线路HXD1型机车运行过程中，牵引变换器因网络压力检测失真而堵塞，导致G1、D21多次事故。

介绍了HXD1型机车的网络压力检测原理，介绍了某线路HXD1型机车网络压力波动原因的研究过程。

分析了高压隔离检波器电容与网络电压检波器全电感参数的匹配是网络电压检波器畸变的原因，建议通过改进机车零件电力线加以解决。

关键词：HXD1；网压波动；谐振；研究分析前言Hxd1型机车是中国南方机车有限公司、株洲电力机车有限公司和德国西门子制造的9600kw大功率大众运输机车，具有国际先进的技术水平。

机车采用以sibas32为核心的分布式机车控制系统实现网络化、模块化和分布式控制。

hxd1型机车网络压力检测控制比较复杂，低压和高压状态下网络压力检测方法不同，高压状态下电弧炉选型方法也不同。

本文对电网电压检测控制电路的组成进行了详细分析和描述，并对不同弧升方式下电网电压检测控制进行了分析和总结。

二、机车主回路及网压检测回路简介1.机车主回路HXD1型机车通过电弧焊将接触网的电力输送到汽车顶栏，穿过主断路器(闭合)和25kV电缆总成，一次进入主变压器一侧，通过轴端接地装置返回车道。

在未安装的电弧炉主电路中，主断路器的输出端与高压隔离开关和高压连接器安装的电弧炉相连，变压器的主侧通过25kV电缆总成导入。

牵引工况下，从主变换器副侧输出的AC970V进入主变换器柜，主变换器柜中的整流模块变为直流，逆变模块将中间直流环节的直流转变为三相交流，使牵引电动机工作。

2.机车网压检测回路HXD1型机车采用高压变压器按照25kV:150V的比例输出高压变压器1a-1n、2a-2n二侧的一次电压，其中1a-1n二次线圈用于TCU电网电压检测，2a-2n二次线圈与1a-1n二级线圈通过控制150V单相交流电网电压信号通过低压柜= 21-a01-r01的极限电阻，然后通过控制变压器将单相交流电网电压信号导出到同步控制变压器的二级侧，从而控制适配器级LCC电压。