HXD2型大功率交流传动货运电力机车辅助电气系统

目录

摘要 (1)

前言 (2)

一辅助电气系统 (2)

二辅助电路 (3)

1辅助电源 (4)

2原理说明 (4)

3主要技术参数 (5)

4负载电路 (6)

5库内实验 (7)

三辅助变流柜 (7)

四结束语 (9)

五参考文件 (9)

六后记 (10)

摘要：

本文详细介绍了HXD2型大功率交流传动货运电力机车辅助电气系统的电气原理、技术特点、性能参数和结构组成。对辅助电气系统各电气装置和关键部位进行了功能描述和系统介绍，充分展示了HXD2型电力机车辅助电气系统的技术特性。

关键词：

交流传动货运辅助电气系统技术特点 HXD2型电力机车

前言

HXD2型大功率交流传动货运电力机车的辅助电气系统借鉴ALSTOM公司成熟、可靠的技术平台和设计理念，结合国内铁路的实际运用情况，由北车集团大同电力机车有限责任公司和法国ALSTOM公司联合设计而成。整个系统是由三相输出辅助电源、充电机、辅助负载、低压电器和辅助控制单元（ACU）等组成。辅助电源盒充电机及其控制部分集中设计在辅助变流柜里。辅助电源包括2路辅助变流器输出的三相AC 380V电源和1路变压器输出的单相AC 220V电源。充电机有2台，互为冗余，输出DC 110V（20℃时）电源、辅助负载有3种：三相交流380V负载、单相交流220V负载和直流110V负载。

一辅助电气系统

辅助变流器从主变流器的中间直接环节取电，采用DC/DC斩波和DC/AC 逆变后给负载供电。单节机车有2组辅助变电器装置，一组为变频变压输出（VVVF），一组为恒平衡压（CVCF）输出，互为冗余，当其中任意一组故障时，另一组为所有的辅助负载提供电源，以确保不影响机车的正常运行。

充电机采用DC/DC高频变换的模式，输入电路取自辅助变流器的中间直接电路。充电机具有快速充电和浮充充电功能，具有对蓄电池温度补偿充电功能，能够根据蓄电池的温度变化调节充电电流，使蓄电池的性能发挥和使用寿命达到最佳。单节机车具有1台充电机，为本节的蓄电池充电和为DC 110V负载提供电源，整台（2节）机车的2个充电机互为冗余，任意一节机车的充电机故障时，由另一节机车的充电机为整车的DC 110V负载提供电源。

辅助控制单元采用数字控制技术，通过FIP网络与外设进行数据交换，实现整个辅助系统的功能控制以及状态检测和故障信息的传输，其中低压逻辑控制在硬件上采用冗余设计。

辅助电气系统具有完善的电气保护和防火保护功能；各攻略模块具有过流、过压、接地、散热器过热等保护功能；各辅助负载具有过载和短路保护功能；电气线路具有防火保护功能，一旦发生线路过热或火灾，相应的防火保护管熔化，空气压力下降，通过检查处理自动采取措施切断机车电源，并通知司乘人员进行故障处理。

整个辅助电气系统的通风系统采用侧墙进风、车下排风的独立通风方式为功率器件提供冷却。

二辅助电路

HXD2型机车辅助电路主要由辅助电源电路、三相负载电路、单相负载电路、库内辅助机实验和动车电路组成。

2.1 辅助电源

HXD2单节机车的辅助电源由2组三相输出辅助电源、1组充电机电路、一组AC 220V电路和库内动车电路组成，其中三相输出辅助电源一组为变频变压输出（VVVF），一组为恒频恒压（CVCF）输出。恒频输出为泵类等不需要变频功能的负载供电，输出为交流380V/50Hz；变频输出为风机类需要变频的负载供电。3种输出模式即交流380V/50Hz、304V/40Hz和190V/25Hz。2组硬件电路和器件参数完全相同，主要由输入电路、中间直流电路和输出电路组成。电气原理图见图1、图2.

2.2 原理说明

来自主变流器中间直流电路DC 1800V电压通过输入熔断器和RC吸收电路，送入斩波电路，通过高频斩波控制和滤波电路将DC 1800V电压变换为稳定的DC 545V中间直流电压，为三相逆变器和充电机供电。其中输入熔断器用于完成辅助电源电路的过流保护，RC吸收电路用于完成输入电压的浪涌抑制。在DC 545V中间直流电路中还接有过压抑制电路，是由晶闸管功率元件、电抗器和相应控制电路组成，通过斩波限压的原理，讲能量消耗在电抗器上，从而抑制DC 545V中间直流电路的过电压。三相逆变电路采用IGBT功率元件和PWM控制原理，将DC 545V中间点路电压逆变为三相交流电压，一组为变频变压输出（VVVF）,一组为恒频恒压输出（CVCF），再通过三相电抗器限制短路电流和抑制dv/dt值在规定的范围之内，为机车上的三相负载电路供电。

在CVCF逆变器的输出中，还接有AC 380V/220V单相变压器，其二次输出和并联的电容器，共同组成AC 220V的正弦波滤波器，输出标准波形的交流220V电压，为机车上的AC 220V负载提供电源。

在接有CVCF逆变器的中间直流电路中，还接有充电机电路，其通过电容器组成的半桥电路和IGBT组成的半桥电路共同组成单相半控桥逆变电路，将DC 545V 的电压逆变为交流方波电源，开关频率为10KHz，通过高频变压器变压，再经过全波整流电路和滤波电路输出DC 110V电压（在20℃

时），为机车上DC 110V负载供电和为蓄电池充电。

辅助电源具有完善的故障冗余功能，以确保在单台装置故障时，辅助系统能够正常工作。输出电源互为冗余，2节单元机车中的充电机也互为冗余，当一节单元机车中的充电机故障时，另一节机车的充电机可以为整节机车的DC 110V辅助提供电源。

各负载电路具有完善的电气保护功能，能够实现过载、短路和接地等保护以及故障隔离。

2.3 主要技术参数

①三相输出辅助电源

数量 2组

额定输入电压 DC1800(1±5%)V

额定输出电压 AC380(1±5%)V

额定容量 135KVA

峰值容量 230KVA(功率因素0.7持续时间3S)

波型 PWM波

dv/dt 小于1000V/µs

THD（电流）小于10%

②充电机

数量 1组

额定输入电压 DC 545V

额定输出电压 DC 110(1±1%)V(在20℃时)

额定功率 14KW

③AV 220V电源

数量 1组

额定输入电压 AC380(1±5%)V(PWM波)