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原文传递 CRH2型动车组主回路系统性能优化研究

论文题名：	CRH2型动车组主回路系统性能优化研究
关键词：	动车组;主回路系统;高压系统;牵引传动系统;辅助供电系统;接地系统
摘要：	随着我国铁路事业健康持续发展，投入运营的CRH2型动车组列车数量增加，影响列车正常运行的一些故障现象时有发生，如导流板烧蚀、电压互感器放电损毁、列车与牵引网耦合谐振导致避雷器放电击穿、辅助电源装置(APU)功能失效、速度传感器等电气设备损坏等，这些故障的发生实际上都和CRH2型动车组主回路系统密切相关，主回路系统主要由车顶高压、牵引传动、辅助供电和接地回流四个子系统组成，该系统完成外部输入电能的变换、驱动列车运行，并给控制系统提供电源，是列车能量供给中枢。这些设备工作电压较高、出现故障后大多会影响列车正常运行。本文通过仿真和实车线路试验，研究CRH2型动车组主回路各子系统典型故障发生机理，提出各子系统优化设计方案，以抑制相关故障的发生。　　基于ANSYS软件建立CRH2型动车组车顶高压系统电场、流场仿真模型，研究车顶高压系统电场、流场分布规律。用实际高压设备构建CRH2型动车组车顶高压系统试验平台，通过现场测试，分析不同环境不同绝缘子高度对高压系统绝缘性能的影响。结合试验和仿真结果，提出了通过调整高压隔离开关相对受电弓支撑绝缘子位置的优化设计方案，该方案能够有效改善车顶高压设备区域电场分布均匀程度，降低发生闪络的风险。在PSCAD/EMTDC仿真软件中分别建立CRH2型动车组高压系统电磁暂态仿真模型，对升弓电磁暂态过程、过分相铁磁谐振进行仿真分析，提出加装磁环、并联RC滤波器两种抑制过电压的方法，仿真研究表明两种方式都可以有效抑制操作过电压幅值、改善暂态性能。　　从列车、牵引网及其之间的电气耦合关系着手，建立AT牵引网-CRH2型动车组牵引传动系统耦合性能仿真模型，研究了动车组列车与牵引网耦合高次谐波的产生机理及其传输特性。基于故障发生时试验数据和仿真分析，进一步提出了通过优化变流器四象限控制器电流内环增益参数和多重化控制策略来分别抑制两类高频谐振的优化方案。计算机仿真和线路试验，表明该方法可以有效抑制牵引网与CRH2型动车组间发生的两类高频耦合谐振。此外，为了满足谐波测试准确性要求，还提出了一种能够消除基波及谐波间相互影响的相量测量算法(FHPEI)，该方法在有限增加计算量的情况下，能够有效改善基波和谐波测量准确性。　　针对动车组列车和传统列车混跑线路出现的CRH2型动车组辅助供电系统APU启动过程中功能失效故障，深入分析了实车线路跟踪测试结果，通过理论计算和仿真分析，指出了故障原因。在此基础上提出了APU控制系统软件和APU输入端设计参数匹配优化两种解决方案，结合列车运营需求，实施了APU控制系统软件优化解决方案，通过缩短不可控整流时间、提前进入可控整流和中间直流环节电压同步控制，能够有效消除牵引网谐波引起APU中间电压异常升高导致保护动作、APU启动失败的故障。后期的跟踪测试表明未再发生类似故障。　　对目前各动车组广泛采用的典型接地方式进行了分析，系统分析了CRH2型动车组接地回流系统存在的车体浪涌过电压、钢轨绝缘节对列车回流的影响、接地电阻对车体电流的影响。针对CRH2型动车组接地结构，通过试验研究，获得了CRH2列车接地系统回流分布规律、以及各回流支路等效参数，在此基础上，以Matlab/Simulink建立了CRH2型动车组接地回流系统仿真模型，研究了列车车体浪涌过电压的分布规律、列车通过钢轨绝缘节时的回流特性、以及不同接地电阻阻值下车体电流的分布特性。均衡考虑对列车车体浪涌过电压和车体电流的影响，提出了CRH2型动车组接地系统的优化改进措施，提出了头车接地保护系统的设置原则以及保护接地电阻阻抗和材料的选取原则。
作者：	梁建英
专业：	车辆工程
导师：	刘志明
授予学位：	博士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文