2 M2T編組B型地鐵車輛高集成度牽引系統拓撲研究

吳月菊 李鶴群

1.中車長春軌道客車股份有限公司 吉林 長春 130062

2.中車大連電力牽引研發中心有限公司 遼寧 大連 116052

1 現狀調查

1.1 行業現狀調查 城市軌道交通車輛牽引系統領域國際公司在國內供貨企業主要有：龐巴迪、西門子、阿爾斯通、ABB、三菱、東芝、東洋、日立、斯柯達等；

城市軌道交通車輛牽引系統領域中車內部企業有：時代電氣、四方所、永濟電機、大連電牽，大致經歷了引進消化吸收、再創新、自主創新等階段，各企業分別基于各自優勢平臺的基礎上開展各自產品系列化設計，產品相對成熟或趨于成熟。

2 提升集成度方案分析

經過對現有平臺系統方案的深入分析，著手采取以下方式提升牽引系統集成度：

(1)設計高集成度2 M2T編組B型地鐵車輛牽引系統拓撲，各設備整體設計思路向已有項目產品靠攏，爭取完全借用；

(2)從受電弓電路氣路變更入手，調整車頂布置方案，將主熔斷器箱、受電弓母線熔斷器集成于一個箱體內；

提升集成度的牽引系統供貨明細表更改部分見下表，詳細的實施方案及過程見2.1、2.2。

表1 牽引系統供貨范圍明細表更改部分(提升集成度)

2.4 輔助熔斷器 1 1 2.5 隔離二極管 1 1 2.6 車間電源車載插座 1 1

2.1車 下設備 (1)通過一系列的調研、分析及討論，提出了較為集成化的高壓電器箱方案，將“主隔離開關和熔斷器箱”、“輔助隔離開關和熔斷器箱”合并：

●主隔離開關和輔助隔離開關改為三位置隔離開關；

●將牽引逆變器中設置的高速斷路器移至高壓電器箱同時刪除牽引熔斷器(高壓電器箱至牽引逆變器之間線纜的過載和接地保護可通過高速斷路器實現)。

●高壓電器箱采用車底安裝方式，內部設有三位置隔離開關、高速斷路器、隔離二極管、輔助熔斷器、輔助母線熔斷器和車間電源插座。

●高速斷路器通過2根95 mm2的大線與Mp車牽引逆變器相連，用于牽引設備的保護，當發生逆變器故障或線路短路時將牽引設備從電網上可靠地斷開。

表3列出了5個電容器投切方案，每個方案是綜合各可行解后得到的使有功損耗、靜態電壓穩定指標、無功補償設備投資成本均較優的無功投切方案，即每個方案能同時兼顧電力系統運行的經濟性、穩定性和安全性。

●輔助熔斷器和輔助母線熔斷器分別通過1根70 mm2的大線與輔助電源箱和輔助母線相連，實現輔助電源系統的過載與接地保護。

2.2 車頂設備 根據模擬運行仿真計算及熔斷器仿真計算，主熔斷器選用2個600A的熔斷器并聯使用，受電弓母線熔斷器與主熔斷器選型一致。若主熔斷器和受電弓母線熔斷器可以集成在一個箱體內，即一個箱內安裝4個600A熔斷器箱。

根據初步校核結果，在保證受電弓安裝尺寸以及車頂下線位置保持不變的原則下，兩種布置方案均不理想。

由于車頂走線空間有限，為使熔斷器箱盡可能不進行變動，從受電弓出線位置變更入手，在下框架增加高壓接線點。

3 效果檢查

3.1 車下設備 (1)技術可靠性：提升集成度方案整車電氣原理已通過各方的專家評審；車下設備間維護空間、安全距離已確認可以保證，上述方案從技術角度分析無問題。

(2)尺寸及重量：原主隔離開關及熔斷器箱尺寸及重量分別為730x520x285 mm(長、寬、高，下同)、85kg；原輔隔離開關及熔斷器箱尺寸及重量分別為700x900x550mm、190kg；高壓電器箱尺寸及不含高速斷路器的重量為2000x1000x650 mm、360kg。該方案有效減小了車體設置的吊鉤數量以及車下、車頂的走線數量，并且該高壓電器箱可以與制動電阻并排布置，有效防止了車輛重心偏心的問題。

3.2 車頂設備 (1)技術可靠性：針對以下設計輸入，進行了熔斷器箱與受電弓之間電氣間隙的校核：

●熔斷器箱底座底面與受電弓絕緣子底面同等高度；

●車寬方向：熔斷器箱中心距離受電弓中心535 mm；

●受電弓最小升弓高度110 mm，按最惡劣情況即受電弓處于降弓位置考慮。

計算過程如下所示：

受電弓最大升弓高度≥2 m，＜3 m，根據受電弓標準EN50206－2，定義了弓頭的橫向偏移量，但是未定義弓尾的橫向偏移量，

從受電弓結構分析，弓尾的橫向偏移量比弓頭的橫向偏移量小，遂弓尾的橫向偏移量可參考弓頭的橫向偏移量：在最小工作高度時不大于30 mm，即受電弓中心與熔斷器中心距離由535 mm改為505mm，測得熔斷器箱金屬表面距離受電弓上支架最小距離為120.086－30(上支架管徑)＝90.086 mm。

根據GB/T 21413.1－2008 IDT IEC60077－1：1999，DC1500V、OV4的額定沖擊耐受電壓為18k V。經查，18k V對應PD4的電氣間隙為32 mm。

90.086＞ 32 mm，遂該布置方案滿足最小電氣間隙要求。

受電弓仍保留原接線板，氣路管路無需調整，僅按照上述變更方案增加新的接線板。

(2)尺寸及重量：原方案中主熔斷器箱、受電弓母線熔斷器箱尺寸及重量分別為924x360x300 mm、38kg，本項目熔斷器箱尺寸及重量分別為565x565x288 mm、71kg，有效減小了車頂設備尺寸及重量。

4 總結

通過基于某地鐵項目進行的車下及車頂牽引系統拓撲改進，形成平臺和主電路及產品配置，提升了2 M2T地鐵車輛牽引系統拓撲集成度，有效降低了產品尺寸、重量、系統復雜程度及設計成本，達到了既定目標。