TBT3357-2015 机车、动车组牵引电传动系统.docx

ICS 29.280 S35 TB 中华人民共和国铁道行业标准 TB/T 33572015 ■ 章 机车、动车组牵引电传动系统 Electric traction system for locomotive and multiple units 2016-01-01实施 2 0 1 5 - 0 7 - 0 2 发 布  国家铁路局发布 TB/ T 33572015 目 次 前 言 Ⅱ 1 范 围 1 2 规范性引用文件 1 3 术语和定义 1 4 环境条件 2 5 系统构成 2 6 技术要求 3 7 检验方法 6 8 检验规则 9 9 RAMS 要求 10 工 TB/T 33572015 前 言 本标准按照GB/T 1.12009给出的规则起草。 本标准由南车株洲电力机车研究所有限公司归口。 本标准主要起草单位株洲南车时代电气股份有限公司。 本标准参加起草单位中国铁道科学研究院机车车辆研究所、中国北车集团大连机车车辆有限公 司、中国北车集团大同电力机车有限责任公司、南车株洲电力机车有限公司、南车戚墅堰机车有限公 司、南车株洲电机有限公司、永济新时速电机电器有限责任公司、青岛四方车辆研究所有限公司、长春 轨道客车股份有限公司、南车青岛四方机车车辆股份有限公司。 本标准主要起草人刘可安、荣智林。 本标准参加起草人高首聪、陆阳、周庆强、李华祥、邹焕青、柴永泉、邓日江、宋春龙、李秋泽、 邓学寿、孙国斌。 Ⅱ TB/T 33572015 机车、动车组牵引电传动系统 1 范 围 本标准规定了机车、动车组牵引电传动系统的环境条件、系统构成、技术要求、检验方法、检验规则 和 RAMS要求。 本标准适用于交流传动机车、动车组上所安装的牵引电传动系统。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本包括所有的修改单适用于本文件。 GB/T 14022010 铁路应用 牵引供电系统电压IEC 608502007,MOD GB/T 2900.25 电工术语 旋转电机GB/T 2900.25--2008,IEC 60050-4111996,IDT GB/T 2900.33 电工术语 电力电子技术GB/T 2900.332004,IEC 60050-5511998,IDT GB/T 2900.36 电工术语 电力牵引[GB/T 2900.362003,IEC 600508111991,MOD] GB 6771 电力机车防火和消防措施的规程GB 67712000,eqv UIC 617-1 OR1979 GB/T 21413.1 铁路应用 机车车辆电气设备 第1部分 一般使用条件和通用规则GB/T 21413.12008,IEC 60077-11999,IDT GB/T 215622008 轨道交通 可靠性、可用性、可维护性和安全性规范及示例IEC 62278 2002,IDT GB/T 24338.42009 轨道交通 电磁兼容 第3-2部分机车车辆设备IEC 62236-3-22003, MOD GB/T 25117.12010 轨道交通 机车车辆 组合试验 第1部分；逆变器供电的交流电动机及 其控制系统的组合试验IEC 61377-12006,IDT GB/T 25117.32010 轨道交通 机车车辆 组合试验 第3部分间接变流器供电的交流电动 机及其控制系统的组合试验IEC 61377-32002,MOD GB/T 251202010 轨道交通 机车车辆牵引变压器和电抗器IEC 603102004,MOD GB/T 25122.12010 轨道交通 机车车辆用电力变流器 第1部分特性和试验方法IEC 61287-12005,MOD GB/T 25123.22010 电力牵引 轨道机车车辆和公路车辆用旋转电机 第2部分电子变流器 供电的交流电动机IEC 60349-22002,MOD GB/T 288062012 轨道交通 机车车辆 机车车辆制成后投入使用前的试验IEC 61133 2006,IDT TB/T 25171995 电力机车功率因数和谐波的测试方法 TB/T 33352013 交流传动内燃机车主辅发电机 3 术语和定义 GB/T 2900.25 、GB/T 2900.33 、GB/T 2900.36 、GB/T 25123.22010 和 GB/T 25122.12010界定 的以及下列术语和定义适用于本文件。 1 TB/T 33572015 4 环境条件 牵引电传动系统应能在GB/T 21413.1规定的环境条件下正常运行且应满足整车环境条件要求。 5 系统构成 交流供电的交流传动电力机车、电动车组牵引电传动系统是由牵引变压器、牵引变流器、牵引电动 机、控制系统、等效的连接电缆和等效的冷却装置等构成的系统，其主电路典型拓扑如图1所示。 牵引控制 单元 逆变器 牵引 电动机 M 网侧变流器 电动机转矩 牵引变压器 网侧回路 立 中间直流环节 图 1 交流供电的交流传动电力机车、电动车组牵引电传动系统主电路典型拓扑 直流供电的交流传动电力机车、电动车组牵引电传动系统是由线路电抗器、牵引变流器、制动电 阻、牵引电动机、控制系统、等效的连接电缆和等效的冷却装置等构成的系统，其主电路典型拓扑如图2 所示。 ▶ 牵制 k 逆变器 立 二 M 制动电阻 牵引 电动机 电动机转矩 线路电抗器 网侧回路 中间直流环节 图 2 直流供电的交流传动电力机车、电动车组牵引电传动系统主电路典型拓扑 交流传动内燃机车、内燃动车组牵引电传动系统是由主发电机、牵引变流器、制动电阻、牵引电动 机、控制系统、等效的连接电缆和等效的冷却装置等构成的系统，其主电路典型拓扑如图3所示。 2 TB/T 33572015 k 电机侧变流器 二 M 制动电阻 整流器 牵引控制 单元 牵引 电动机 电动机转矩 主发电机 柴油机 中间直流环节 图 3 交流传动内燃机车、内燃动车组牵引电传动系统主电路典型拓扑 6 技术要求 6.1 功能要求 6.1.1 牵引传动功能 牵引电传动系统应具有能量变换功能，为机车、动车组提供牵引、制动的能力，并具有保证系统安 全的检测和保护功能。 6.1.2 电制动功能 交流供电的牵引电传动系统应具有再生制动功能，可将制动能量转化为电能输送回电网。 直流供电的牵引电传动系统应具有再生制动功能，可将制动能量转化为电能输送回电网，也可通 过制动电阻或地面能量吸收装置消耗。 内燃牵引电传动系统应采用电阻制动。 6.1.3 转矩特性输出及控制 牵引电传动系统应能根据控制系统指令输出对应转速下的转矩。 6.1.4 库内移车功能 利用外接电源或车载蓄电池，牵引电传动系统可实现机车库内移动。 6.1.5 保护功能 6.1.5.1 总 则 牵引电传动系统应具有相应的保护功能，由牵引控制单元或网络控制系统来实现。当故障发生时 能及时触发保护装置或关闭系统避免设备损坏或故障范围扩大。设备应能承受故障发生至保护装置 起作用期间过载的冲击。 不同的牵引电传动系统，所选择的保护项目允许存在差异。具体保护功能项点由供需双方协商 确 定 。 6.1.5.2 过流保护 当出现网侧回路过流、主发电机励磁过流、牵引变流器输入或输出过流、直流电源输入过流等故障 时应能及时触发相应保护动作或控制策略。 6.1.5.3 过压保护 当出现网侧回路过压、牵引变流器输入或输出过压、中间直流过压等故障时应能及时触发相应保 护动作或控制策略。 6.1.5.4 欠压保护 当出现网侧回路欠压、牵引变流器输入或输出欠压、中间直流欠压等故障时能及时触发相应保护 3 TB/T 33572015 动作或控制策略。 6.1.5.5 短路保护 当出现网侧回路短路、次边短路、牵引变流器输人或输出短路、中间直流环节短路等故障时应能及 时触发相应保护动作或控制策略。 6.1.5.6 接地保护 当出现牵引变压器接地、牵引变流器接地、牵引电动机接地、主发电机接地和连接电缆接地时应能 及时提示或触发相应保护动作或控制策略。 6.1.5.7 超速保护 当牵引电动机超过规定最高转速时应能及时触发相应保护动作或控制策略。 6.1.5.8 温度保护 应具有检测牵引变压器、牵引变流器、牵引电动机、主发电机或其他功率部件如隔离变压器等温 度的能力，并在出现温度过高时触发相应保护动作或控制策略。 6.1.5.9 转速信号异常保护 当牵引电动机转速信号出现异常时，应能判断异常信号通道，并触发相应保护动作或控制策略。 6.1.5.10 冷却系统故障保护 无论牵引电传动系统采用何种冷却方式，都应具有检测冷却系统工作状态的能力，当冷却系统出 现故障时触发相应保护动作或控制策略。 6.1.5.11 控制设备供电故障保护 当控制设备电源供电中断时，应能及时关闭系统避免设备损坏或故障范围扩大。 6.1.5.12 防滑、防空转 牵引电传动系统应能通过对相关信息如牵引电动机转速、转矩等的采集、分析和处理，调节电动 、机转矩，防止空转和滑行，并尽可能获得最大的黏着利用率。 6.2 性能要求 6.2.1 总 则 在相关规定的条件下，牵引电传动系统应能工作在其额定状态，特殊要求由供需双方协商确定。 6.2.2 效 率 牵引电传动系统的效率应满足整车要求。 6.2.3 温升要求 牵引变压器、隔离变压器和电抗器温升应满足GB/T 251202010的要求。 牵引变流器温升应满足GB/T 25122.12010的要求。 牵引电动机温升应满足GB/T 25123.22010的要求。 主发电机温升应满足TB/T 33352013的要求。 6.2.4 电磁兼容性 牵引电传动系统各部件应满足GB/T 24338.42009的要求。 6.2.5 防火及安全 系统设计、制造的防火和消防措施应符合 GB6771 的要求。牵引电传动系统各部件应具有良好的 防火性能，所选用的材料应最大限度地防止火灾发生。应采用非延燃性材料和防火材料，不应使用燃 烧后产生足以影响人体健康和对环境有害的毒气的材料。所使用的电线和电缆应是低烟无卤阻燃或 低烟无卤耐火电缆。如用户同意，内燃机车可使用低烟低卤阻燃或低烟低卤耐火电缆。 高压电气设备应具有人身安全防护措施和警示标识。具有储能元件的电路应能通过固定放电电 阻或其他特定设备进行释放。在规定的时间内，电压应降低到人体安全电压以下，以保证维修人员的 人身安全。 4 5 1  TB/T 33572015 6.3 交流传动电力机车、电动车组牵引电传动系统特殊要求 6.3.1 供电条件 6.3.1.1 受流方式 通过受电弓集电靴从接触网或第三轨受流。 6.3.1.2 电 压 电压过电压除外的主要特性见表1。 表1标称电压及其容许的极限值 单位为伏特 牵引供电系统 最低非持续电压 Umi 最低持续电压 Umi 标称电压 U。 最高持续电压 Umml 最高非持续电压 Umm 交流方均根值 17500 22500 25000 29000 31000 直流电压1 500 500 750 900 1000 直流电压2 1000 1000 1500 1800 1950 直流电压3 2000 2000 3000 3600 3900 其余详细内容见GB/T 14022010 中表1的规定。 6.3.1.3 频 率 交流供电系统标称频率为50 Hz,偏差值允许值为1 Hz。 注有特殊要求的按特殊要求进行设计。 6.3.2 功率曲线 当网压U 处于 Umim和 Umin之间、Um₁和 U 之间时机车、动车组可限制功率运行。典型的功率曲 线如图4所示。 具体规范与设计由供需双方协商确定。 功率 图 4 功率曲线 6.3.3 交流供电牵引电传动系统功率因数 当接触网电压在22.5 kV～27.5kV 范围内，机车功率大于20额定功率时，功率因数A 不应小 6.3.4 等效干扰电流Jp 系统设计时应符合整车要求，应排除辅助供电系统等低功率因数设备对牵引电传动系统的影响。 TB/T 33572015 具体规范由供需双方协商确定。 6.4 交流传动内燃机车、内燃动车组牵引电传动系统特殊要求 6.4.1 供电方式 柴油机拖动主发电机提供三相交流电压。 6.4.2 供电标准 在柴油机全转速范围内，主发电机的励磁电流受牵引电传动系统调节，能按照转速特性要求输出 电压幅值可变的三相正弦交流电。 具体转速特性由供需双方协商确定。 6.4.3 自负荷工况 内燃牵引电传动系统应具有自负荷工况。系统根据柴油机转速控制主发电机的电压输出，使得制 动电阻消耗的功率与当前转速下柴油机的输出功率相匹配，且柴油机输出功率不应超出制动电阻最大 许用功率。 7 检验方法 7.1 总 则 牵引变压器应按照GB/T 251202010进行试验。 牵引变流器应按照GB/T 25122.12010进行试验。 牵引电动机应按照GB/T 25123.22010进行试验。 主发电机应按照TB/T 33352013进行试验。 直流供电的牵引电传动系统联调试验按GB/T 25117.12010进行，交流供电的牵引电传动系统 和内燃牵引电传动系统联调试验按GB/T 25117.32010进行。 7.2 起动转矩试验 单台牵引电动机堵转，额定冷却条件，按牵引特性起动点要求，测试牵引电动机的最大起动转矩、 频率、电压和电流的数据。试验时应控制牵引电动机铁芯温度不超过其绝缘等级对应的最高温度。 7.3 转矩特性试验 7.3.1 概 述 牵引电动机在标称输入电压下以规定转速运行，将基准转矩主控制器指令输入到控制单元，测 量牵引电动机输出转矩平均;验证被测牵引电传动系统转矩特性与规定转矩特性的符合性。图5给 出最常见的转矩特性曲线的示例。 点1 甲 ④ 输出转矩 中间直流电压 中间直流电流 转矩电压电流 转速 转速 a 电压源组合系统特性示意图1 b 电压源组合系统特性示意图2 图 5 特性曲线 6 TB/T 33572015 7.3.2 热态特性试验 待电动机温升稳定之后，以在试验台上可获得的最低转速为起始点，绘制牵引电传动系统整个转 速范围内最大基准转矩的“转矩转速特性曲线”,并记录各转速下记录点至少包括图5b 所 示 5 个点]的电动机电流、电压、功率和转矩。 7.3.3 冷态特性试验 电动机为冷态，应在与电动机热态时所测点相同的最低转速为起始点，绘制牵引电传动系统的整 个转速范围内最大基准转矩的“转矩转速特性曲线”,记录各转速下记录点至少包括图5b 所 示 5 个点]的电动机电流、电压、功率和转矩。 7.3.4 满转矩的速度扫描试验 分别在牵引和制动两种工况下，在整个转速范围内升速和降速两个方向进行扫描，转速的变化率 与应用的工况相当。整个试验过程中应无跳闸、关断系统的现象发生。 7.4 效率特性试验 7.4.1 交流供电的交流传动电力机车、电动车组牵引电传动系统分别在牵引电动机额定转速下测量 牵引变压器原边侧电压、电流和牵引电动机输出转矩。根据所测得参数分别计算牵引电传动系统输入 功率及输出功率，计算得到牵引电传动系统的效率，见公式1。 η1电动机总输出功率/牵引变压器输入功率100 1 式中 η₁交流供电的交流传动电力机车、电动车组牵引电传动系统效率，用百分数表示。 7.4.2 直流供电的交流传动电力机车、电动车组牵引电传动系统分别在牵引电动机额定转速下测量 直流输入电压、电流和牵引电动机输出转矩。根据所测得参数分别计算牵引电传动系统输人功率和输 出功率，计算得到牵引电传动系统的效率，见公式2。 η₂电动机总输出功率/直流输入功率100 2 式中 η₂直流供电的交流传动电力机车、电动车组牵引电传动系统效率，用百分数表示。 7.4.3 交流传动内燃机车、内燃动车组牵引电传动系统分别在牵引电动机额定转速下测量主发电机 输出电压、电流、功率因数和牵引电动机输出转矩。根据所测得参数分别计算牵引电传动系统输入功 率及输出功率，计算得到牵引电传动系统的效率，见公式3。 η₃电动机总输出功率/主发电机输出功率主发电机的效率100 3 式中 η₃交流传动内燃机车、内燃动车组牵引电传动系统效率，用百分数表示。 7.5 供电电压试验 调节供电电压，使牵引电传动系统在6.3.1.2规定的供电电压范围内工作，检查系统工作是否正 常，是否满足规定的功率曲线。 7.6 供电电压中断试验 电力机车和电动车组的牵引电传动系统工作在牵引和制动工况下，分别使供电电压短时中断，中 断时间宜为0.1 s、0.3 s和 1 s,供电电压恢复后牵引电传动系统应能正常工作。可使用两个断路器并 联后进行试验，图6给出了可能的试验电路。 供电电压 牵引电传动系统 图 6 供电电压短时中断连线图示例 7 TB/T 33572015 7.7 供电电压突变试验 电力机车和电动车组的牵引电传动系统工作在牵引和制动工况下，分别使供电电压突然变化，检 查牵引电传动系统在试验前后是否正常工作。可使用一个断路器与电阻并联后进行试验，图7给出了 可能的试验电路。 供电电压 牵引电传动系统 图7 供电电压突变连线图示例 7.8 温升试验 本试验应在经供需双方同意的系统定额下进行。 在持续定额试验时，可通过加大试验开始时的负载，或降低系统中某些局部的通风，来缩短达到稳 定温度的时间。随后，至少能连续保持额定条件2h, 或者能够通过适当的方法证明已达到稳定的温度 为止。 系统各设备温度的测量方式根据6.2.3的要求执行。 7.9 安全性要求检查 验证牵引电传动系统各设备的设计是否满足供需双方商定的安全标准的要求。供需双方协商规 定检查方法。 7.10 干扰试验 按 GB/T 288062012 中9. 15进行。 7.11 保护试验 用故障模拟的方法检验系统是否具有6.1.5.2～6.1.5.11的保护功能。实际的保护项目可能因系 统构成不同而不同，应在型式试验大纲中规定具体保护项目和试验方法。 如可行，建议在牵引电传动系统中分别设置如下故障点 a 中间直流环节短路； b 牵引变压器次边短路； c 牵引变流器输出短路； d 牵引电动机断相； e 牵引变压器原、次边过流； f 牵引变压器次边接地； g 变流器输出过流； h 变流器过温保护； i 中间直流环节接地； j 牵引电动机接地； k 网压异常过压、欠压; 1 直流母线欠压； m 速度信号丢失； n 牵引电动机通风机、变流器通风机停止； o 牵引变压器油泵停止； p 牵引变压器温度上升； q 牵引不工作如缺相、逆变输出断线; r 主发电机输出侧接地保护内燃机车; 8 TB/T 33572015 s 主发电机输出过流保护内燃机车。 验证保护动作是否及时，故障记录是否正确、有效。 试验项点及方法可根据用户和制造商的要求进行。 7.12 负载突变试验 如在轨面情况不好时，车轮出现空转和滑行，导致电动机负载出现突然变化。控制系统应能很好 地适用负载突变，灵敏地实现加减载，整个过程牵引电传动系统应能正常工作，不会出现部件损坏、系 统运行中断和不正常的保护现象。 试验项点及方法可根据用户和制造商的要求进行。 7.13 功率因数及等效干扰电流测试交流供电 根 据TB/T 25171995 规定的测试方法进行测试。 验证电力牵引电传动系统功率因数、等效干扰电流是否符合规定。检查机车、动车组不同速度相 对应的电流、电压、功率、功率因数和等效干扰电流。 在牵引和制动工况下，测试机车、动车组不同级位、不同速度下运行对应的电流、电压、功率、功率 因数和等效干扰电流。 对网压、网流采样离散信号的计算处理方法 功率因数的计算见公式4 4 式中 U电压有效值， ,单位为伏特V; I电流有效值， ,单位为安培A; P 有功功率， ,单位为瓦特W; N 一个工频周期采样点数； uk 电压瞬时采样值； ik 电流瞬时采样值。 等效干扰电流计算见公式5。 5 式中 S。杂音评价系数CCITT 国际电报电信委员会提供; Iₙ 基波、谐波电流n1,3,5,7, ,31, 单位为安培A。 8 检验规则 8.1 总 则 牵引电传动系统各设备检验应在与实际工况相等效的条件下，或在能保证设备性能可满足使用条 件的情况下进行。 牵引电传动系统各设备内配套使用的所有设备，如变压器、变流器、电动机、半导体器件、电抗器、 电容、接触器、风机和电阻等，在安装前应通过出厂检验；若这些器件已附有按相应技术标准通过出厂 检验的合格证，则在组装后可进行与牵引电传动系统有关的功能试验和操作试验。 9 TB/T 33572015 8.2 检验分类 牵引电传动系统各设备装配完后投入使用前，应按与用户商定标准进行检验。 牵引电传动系统的试验分为型式检验、研究性试验和装车运行试验。 8.3 型式检验 型式检验用以验证牵引电传动系统的定额、特性、性能和功能。 8.4 研究性试验 研究性试验是为了获得牵引电传动系统性能的补充信息而进行的特殊试验。试验结果不作为产 品交付的依据。 8.5 装车运行试验 装车运行试验按GB/T 28806-2012进行，试验项目见表2。牵引电传动系统在完成型式检验合格 后进行装车运行试验，设备状态正常，试验环境及载荷按定额进行，或者与用户商定进行。 8.6 检验项目 牵引电传动系统的检验项目见表2。 表2牵引电传动系统检验项目 序号 试验项目 检验分类 技术要求 对应条款 检验方法 对应条款 型式检验 装车运行试验 研究性试验 1 起动转矩试验 一 一 √ 6.1.3 7.2 2 电动机热态时的转矩特性 √ 一 一 6.1.3 7.3.2 3 电动机冷态时的转矩特性 √ 一 一 6.1.3 7.3.3 4 满转矩的速度扫描试验 √ 一 一 6.1.3 7.3.4 5 效率特性试验 √ 一 一 6.2.2 7.4 6 供电电压试验 √ 一 一 6.3.1 7.5 7 供电电压中断试验 √ 一 一 6.3.1 7.6 8 供电电压突变试验 √ 一 一 6.3.1 7.7 9 温升试验 √ 一 一 6.2.3 7.8 10 安全性要求检查 √ 一 一 6.2.5 7.9 11 干扰试验 一 √ 一 6.2.4 7.10 12 保护试验 √ 一 一 6.1.5 7.11 13 负载突变试验 一 一 V 6.1.5.12 7.12 14 功率因数、等效干扰电流测试 一 √ 一 6.3.3、6.3.4 7.13 适用于电力机车、电动车组。 注“ √ ”为应做的项目，“一”为不需要做的项目。 9 RAMS要求 9.1 产品制造商应按照GB/T 215622008进行RAMS/LCC分析，并提供分析报告。 9.2 应通过建立可靠性模型，定义系统的可靠性指标，失效率不应大于机车、动车组对牵引电传动系 统的可靠性指标分配值。 9.3 应制定满足机车、动车组可维护性要求的系统维修性指标，规定系统的平均修复时间MTTR 按 小时或天并提出在线可更换单元LRU 清单。 10 TB/T 33572015 9.4 牵引电传动系统各设备安装应预留足够的维修空间，以利于保养与维护。 9.5 牵引电传动系统各设备在结构、工艺、接口设计上应考虑简统化、标准化和互换性，各设备在设计 中应充分考虑维修的方便性，各组件应尽量采用模块化结构，以减少维护时间。 11