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。

HXD1D型交流传动电力机车辅助系统不间断供电技术HXD1D型交流传动电力机车其是以自主化技术为基础研制的，此类电动机车总体参数良好，且功率极大，牵引能力更强，实际运行中的加速性能十分优越，运行安全可靠、节能环保，市场发展潜力大，可适用于各类铁路客运牵引地区。

此种机车是以主辅一体化牵引变流器而实现运行的，辅助电气系统则包括辅助电路与设施、列车供电系统，而其辅助电路则以辅助逆变器实现供电，可有效辅助逆变器、变流器共同间的直流环节，但HXD1D型交流传动电力机车辅助系统不间断供电技术应用中存在诸多不足之处。

因此，探讨HXD1D型交流传动电力机车辅助系统不间断供电技术应用有着极大现实意义。

一、我国干线铁路电气化建设现状分析我国干线铁路电气化建设中的接触网供电系统均使用的是三相供电，而为了保证电力系统三相负载处于平衡状态，供电系统则使用分段换相供电。

为了有效防止相间短路，通常均是于各个相间设置无电区域，此为分相区。

现阶段的铁路接触网均是隔20-30km设置1个分相区，而机车通过分相区时，司机均需将牵引/制动手柄回零，从而及时断开主断路器，惯性通过分相区时可及时闭合主断路器，保证其过分相时的主断路器断、合均被严格控制，亦可以系统自动完成。

近年来，我国轨道交通运输业发展飞速，各项技术装备亦逐渐成熟，机车运营速度也不断提升。

干线铁路机车于30min内可通过1-3个分相区，而于此情况下，若机车运用传统机车主辅电路结构，这时辅助机组启停次数及其蓄电池组充放电频率可被提高，设备开关器件的通断次数则持续增多，这则缩短了设备寿命。

分相区中的主压缩机停止不工作，导致机车与后端列车供风中断，如果后部车辆用风设备被大量使用，导致总风压力降低，这时车辆应用受到较大影响。

如果机车过分相时的辅助系统继续供电，其可延长部件与车辆的使用时间。

二、 HXD1D型交流传动电力机车辅助系统供电工况1、机车正常牵引下工况处于该工况下的变压器6组牵引绕组分别于2个牵引变流器中的6个整流模块，并提供相应的单相交流电，之后则通过中间直流环节于6个主逆变器、2个辅助逆变器，再为其提供电源，6个主逆变器可为6台牵引电机提供独立供电，其间2个辅助逆变器可为辅助负载提供相应的定频定压及变频变压电源。

63中国设备工程Engineer ing hina C P l ant中国设备工程 2019.12 （下）Hxd1d 机车在担当旅客运输任务过程中，为确保安全运行，入库整备作业必须在规定的时间范围内保质量完成，以达到机车供应的要求。

因此，除了要有良好的设备和条件环境等客观条件外，还必须制定一套符合现场实际、严密且有效的检查工艺和流程。

力求做到流程顺畅，达到时间短、作业效率高，提高机车质量安全的目的。

1 检修工作的主要任务（1）对机车及其各零部件的故障规律进行全面的分析和梳理，找出故障的原因，作为制定机车修理制度和优化工艺的合理依据。

（2）制定正确的作业制度，确定各种修程范围和要求。

正确组织机车的日常维护；保养和定期检查修理，以确保运用机车处于良好的技术状态。

（3）根据现场实际情况，合理规定机车检修的技术条件和质量要求，合理规定尺寸限度。

（4）按照实际情况，优化机车检车方法。

不断采用新技术和新工艺，提高检车的作业质量。

（5）开展机车状态的检测诊断研究，推进和深化作业流程改革。

零部件的检查对于机车整备检修作业来说是十分重要的环节，检修就是由检和修构成。

因此机车的入库检查就是机车修理和质量保证的前提和基础。

2 入库机车检查的主要内容（1）对机车车体及走行部各零部件安装螺栓是否牢固。

（2）几何尺寸的测量（如踏面剥离的长度；车钩钩舌或制动盘闸片的磨损量等）。

（3）部件表面质量检查（如电气设备部件的腐蚀；烧HXd1D 电力机车检车工艺分析与优化万文俊（上海铁路局上海机务段，上海 200070）摘要：HXd1D 电力机车主要由车体、走行部、车钩缓冲装置、制动装置和一整套电气设备组成。

在机车高速运行中，包括走行部等部件会受到来自线路或车体的冲击、振动、摩擦和腐蚀。

各零部件可能会出现表面磨耗、材质变形、老化而导致损坏。

本文对HXd1D 电力机车检车工艺进行分析，制定了一套有效的日常检查方案，改进检查范围提高了工作效率。

高原HXD1C型机车高压A端子与T型头电蚀问题分析及优化建议发布时间：2023-03-17T07:47:25.956Z 来源：《科技新时代》2023年1期作者：王威李辉[导读] 高原环境适应性改进HXD1C型机车与平原HXD1C型机车相比，二者的高压电缆与牵引变压器的连接方式、连接结构相同。

王威李辉（中车株洲电力机车有限公司产品研发中心-机车系统研发部：湖南株洲 412001）摘要：高原环境适应性改进HXD1C型机车与平原HXD1C型机车相比，二者的高压电缆与牵引变压器的连接方式、连接结构相同。

但在实际运用过程中，高原适应性改进HXD1C型机车牵引变压器A端子与高压电缆总成连接处，更容易发生由于局部放电导致的碳化、发黑问题，文章从高压电缆与A端子的连接结构、问题发生的现象等方面出发，对问题原因进行理论分析，高原气候环境更容易导致T型头表面缺陷被放大，也更容易导致T型头密封性失效，并从材料选型、设计结构、工艺提升、保养检修等方面对高压A端子与T型头提出了优化建议。

关键词：机车；牵引变压器；A端子；高压电缆；电蚀1概述为了满足高原环境的运用需求，高原环境适应性改进HXD1C型机车（以下简称“高原HXD1C型机车”）相较于既有平原HXD1C型机车，将车顶高压设备集成布置在机械间的网侧柜内部，25kV高压电缆也从一段式布线改进为三段式布线，三段式高压电缆分别为高压电缆总成A、高压电缆总成B及高压电缆总成C。

高压电缆总成A与总成B在车顶通过受电弓取电。

在网侧柜内通过母线、汇流排、真空断路器等高压设备与高压电缆总成C连接。

最终高压电缆总成C下穿至机车底架，再通过T型终端、高压A端子与牵引变压器连接进而为整车提供电能。

T型终端护套外罩自带一根黑色接地线（也可从护套与应力管上方的25kV高压电缆绝缘层之间引出）与高压电缆屏蔽层在护套处引出的黄绿接地线连接于车体接地点上【1】。

随着高原HXD1C型机车的应用，该车型在运行至C4、C5修程时，相继出现了多起高压电缆T型终端与高压A端子连接区域碳化发黑的情况。

牵引供电专题设计报告HXD型电力机车电气负荷特性统计分析姓名：学号：班级：指导老师：一、HXD2电力机车主电路系统的构成及功能原理1.网侧电路的组成2.牵引电路二、谐波产生的原因1.电力机车谐波2.电力机车电气化用电特征3.电力机车供电系统谐波的产生三、结合实测结果统计分析HXD2B0421的电气负荷特性1.实际线路上的功率曲线、电流有效值曲线2.谐波特性，3、5、7、9等低次谐波及某些特征高次谐波含量随功率、电流变化曲线3.不同负荷电流等级下的典型波形、频谱及等效干扰电流四、总结一、HXD2电力机车主电路系统的构成及功能原理HXD2型大功率交流货运电力机车的牵引电传动系统主要是由网侧电路、主变压器和牵引电路组成，其中牵引电路包括牵引变流器和牵引电机等。

整个系统采用单轴独立控制方式，交一直一交变流技术对牵引电机进行牵引和制动特性控制。

1、网侧电路的组成网侧电路(如图1所示)主要由受电弓、高压隔离开关、网侧火花放电间隙、原边电流互感器、原边电流传感器、真空主断路器、避雷器、接地开关、高压电压互感器、高压连接导电杆以及主变压器原边绕组、组接地回流装置、电能计量装置等组成。

图1网侧电路网侧电路主要是用于实现从接触网受流到机车，为机车上的主变压器提供25 kV／50 Hz的交流电源，作为整个机车工作的动力电源。

2牵引电路2．1牵引变流柜的构成整台机车由两台牵引变流柜组成，每个牵引变流柜集成了一个转向架的两个牵引变流系统、两个牵引变流控制系统及一套冷却系统，一套牵引变流系统基本由预充电接触器、工作接触器、预充电电阻、整流功率模块、降压斩波模块、接地电阻、充电电容、充电电容电压指示灯、中间电压互感器、PWM逆变模块、整流输入电流传感器、逆变器输出电流传感器以及变流系统功率模块冷却用的轴流冷却塔风机等组成。

2．2牵引变流系统原理图3为HXD2型电力机车一个轴上的牵引变流系统电气原理图，整台机车的牵引电路包含有原理和结构相同的4套牵引变流器装置，分别布置于两个柜体中。