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      高速動(dòng)車組電制動(dòng)失效分析及改進(jìn)措施

      2019-03-27 09:12:48李富平高盤龍
      城市軌道交通研究 2019年2期
      關(guān)鍵詞:網(wǎng)壓輸出功率接觸網(wǎng)

      李富平 高盤龍

      (1.中車長(zhǎng)春軌道客車股份有限公司鐵路客車業(yè)務(wù)部,130062,長(zhǎng)春;2.新疆鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息管理工程學(xué)院,830011,烏魯木齊//工程師)

      高速動(dòng)車組的電制動(dòng)系統(tǒng)通常在接觸網(wǎng)網(wǎng)壓29 kV以下、列車速度10~200 km/h的工況下工作。在電分相區(qū)段,高速動(dòng)車組依靠制動(dòng)電阻器消耗牽引電機(jī)產(chǎn)生的能量進(jìn)行電制動(dòng)(只有在速度高于35 km/h且需要電制動(dòng)時(shí)可用,一旦激活可以在10 km/h時(shí)應(yīng)用)。電阻制動(dòng)器每列車安裝5個(gè),分別安裝在 1號(hào)、2號(hào)、4號(hào)、7號(hào)、8號(hào)車的車頂上。電制動(dòng)能夠有效降低高速動(dòng)車組的空氣制動(dòng)閘片磨耗量,并延長(zhǎng)閘片的使用壽命。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量發(fā)現(xiàn),電制動(dòng)失效時(shí),高速動(dòng)車組動(dòng)軸制動(dòng)閘片最高溫度超過600 ℃,而長(zhǎng)時(shí)間的高溫環(huán)境容易造成車下相關(guān)設(shè)備的損壞。

      本文通過對(duì)鐵路蘭新線高速動(dòng)車組電制動(dòng)失效的分析,確定故障原因,制定有效的改進(jìn)措施以降低電制動(dòng)失效對(duì)車輛產(chǎn)生的影響。

      1 網(wǎng)壓采集原理

      1.1 網(wǎng)壓/網(wǎng)流檢測(cè)裝置

      高速動(dòng)車組通過集成儀表箱或集成檢測(cè)裝置采集接觸網(wǎng)網(wǎng)壓和網(wǎng)流,即通過電路將網(wǎng)壓轉(zhuǎn)換為7路模擬信號(hào)輸出至5輛動(dòng)車牽引控制單元(TCU)和本地牽引控制模塊(CLT),將網(wǎng)流轉(zhuǎn)換為2路模擬信號(hào)輸出至CLT。

      1.2 網(wǎng)壓信號(hào)采集

      TCU采集3號(hào)或6號(hào)車網(wǎng)壓/網(wǎng)流檢測(cè)裝置發(fā)送的網(wǎng)壓信號(hào)(見圖1),用于TCU內(nèi)部邏輯運(yùn)算[1]。

      圖1 TCU采集網(wǎng)壓信號(hào)原理

      CLT采集3號(hào)或6號(hào)車網(wǎng)壓/網(wǎng)流檢測(cè)裝置發(fā)送的網(wǎng)壓和網(wǎng)流信號(hào)(見圖2)[2],用于列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)(TCMS)內(nèi)部邏輯運(yùn)算。由于TCMS采集網(wǎng)壓信號(hào)時(shí)經(jīng)過多次數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,故通過TCMS監(jiān)控到的網(wǎng)壓值與CLT設(shè)備和TCU監(jiān)控的網(wǎng)壓值存在一定誤差。

      圖2 TCMS采集網(wǎng)壓信號(hào)原理

      2 電制動(dòng)失效條件

      高速動(dòng)車組電制動(dòng)失效的條件如下:①當(dāng)動(dòng)車

      組在制動(dòng)狀態(tài)時(shí)逆變器關(guān)閉;②當(dāng)動(dòng)車組在電制動(dòng)狀態(tài)下,輸出功率小于預(yù)設(shè)電制動(dòng)功率的50%時(shí),延時(shí)3 s電制動(dòng)失效;③制動(dòng)變阻器的溫度超過600 ℃;④互鎖閥故障;⑤牽引輔助變流器冷卻液超過70 ℃。

      根據(jù)時(shí)速250 km動(dòng)車組技術(shù)條件和設(shè)計(jì)要求[3]:高速動(dòng)車組在TCU軟件中設(shè)定了接觸網(wǎng)網(wǎng)壓與輸出功率的關(guān)系曲線,網(wǎng)壓在29.0~31.5 kV間輸出功率線性下降至零,此時(shí)動(dòng)車組逆變器停止工作,牽引電機(jī)不再輸出功率。同時(shí),根據(jù)電制動(dòng)故障條件,當(dāng)動(dòng)車組在電制動(dòng)狀態(tài),輸出功率小于預(yù)設(shè)電制動(dòng)功率50%時(shí)[1],延時(shí)3 s電制動(dòng)失效,如圖3所示。

      圖3 電制動(dòng)失效原理

      3 電制動(dòng)失效故障典型案例分析

      3.1 故障現(xiàn)車排查

      2015年5月25日,蘭新線動(dòng)車組在運(yùn)行時(shí)發(fā)生電制動(dòng)丟失情況。維保人員隨后對(duì)蘭州西—嘉峪關(guān)南區(qū)間承擔(dān)D2741、D2742次列車交路的動(dòng)車組進(jìn)行了全面監(jiān)控檢查,具體檢查結(jié)果如下:

      (1) 下載TCU數(shù)據(jù),分析變流器在電制動(dòng)失效時(shí)段的故障數(shù)據(jù),結(jié)果未發(fā)現(xiàn)任何故障數(shù)據(jù)記錄,僅有狀態(tài)數(shù)據(jù)記錄(如接觸網(wǎng)網(wǎng)壓大于29 kV的記錄)。

      (2) 檢查電制動(dòng)切除按鈕線路供電狀態(tài)及相關(guān)控制板卡,結(jié)果未發(fā)現(xiàn)異常。

      (3) 檢查故障車輛的互鎖閥,發(fā)現(xiàn)互鎖閥均能正常動(dòng)作。

      (4) 檢查故障車輛TCU數(shù)據(jù)記錄中的冷卻液溫度,結(jié)果均在正常范圍內(nèi)(低于70 ℃)。

      (5) 檢查制動(dòng)變阻器的外觀狀態(tài),結(jié)果未發(fā)現(xiàn)異常情況。

      3.2 動(dòng)車組數(shù)據(jù)分析

      中央控制單元(MPU)數(shù)據(jù)如圖4所示,TCU數(shù)據(jù)如圖5所示。數(shù)據(jù)顯示TCU采集的接觸網(wǎng)網(wǎng)壓為29.08 kV。

      圖4 MPU故障數(shù)據(jù)顯示界面

      通過對(duì)故障動(dòng)車組的TCMS數(shù)據(jù)及TCU數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)故障發(fā)生時(shí),TCMS數(shù)據(jù)記錄為“TCU檢測(cè)到電制動(dòng)故障”,在電制動(dòng)失效區(qū)段,TCU記錄的接觸網(wǎng)網(wǎng)壓超過29 kV。

      3.3 蘭新線網(wǎng)壓調(diào)查

      對(duì)觀花臺(tái)牽引變電所27.5 kV母線電壓情況進(jìn)行檢測(cè),結(jié)果發(fā)現(xiàn)T線接觸網(wǎng)電壓為28.8 kV;同時(shí)對(duì)觀花臺(tái)牽引變電所330 kV電壓進(jìn)行檢測(cè),結(jié)果發(fā)系統(tǒng)A、B、C電壓分別為364.5 kV、365.3 kV、364.9 kV。

      圖5 TCU數(shù)據(jù)顯示界面

      通過蘭州—嘉峪關(guān)南區(qū)間接觸網(wǎng)網(wǎng)壓監(jiān)控波形(見圖6)可以看出:09:35:57—09:42:50時(shí)間段網(wǎng)壓持續(xù)大于29 kV,持續(xù)時(shí)間近7 min;09:43:51—09:53:55時(shí)間段網(wǎng)壓持續(xù)大于29 kV,持續(xù)時(shí)間10 min;10:00:34—10:08:34時(shí)間段網(wǎng)壓持續(xù)大于29 kV,持續(xù)時(shí)間8 min。

      圖6 高速動(dòng)車組蘭州—嘉峪關(guān)南區(qū)段供電網(wǎng)壓監(jiān)控記錄

      根據(jù)接觸網(wǎng)網(wǎng)壓調(diào)查可知,蘭新線蘭州西—嘉峪關(guān)南區(qū)間部分區(qū)段接觸網(wǎng)網(wǎng)壓大于29 kV,且持續(xù)時(shí)間大于5 min。

      4 網(wǎng)壓超限對(duì)動(dòng)車組的影響

      4.1 牽引工況下的影響

      牽引工況下,接觸網(wǎng)網(wǎng)壓超限對(duì)動(dòng)車組的影響主要表現(xiàn)在:

      (1) 網(wǎng)壓在22.5~29.0 kV間牽引功率保持在額定功率范圍內(nèi);

      (2) 網(wǎng)壓在22.5~19.0 kV間牽引功率線性下降至額定功率的 84%;

      (3) 網(wǎng)壓在19.0~17.5 kV間牽引功率線性下降至零,輔助設(shè)備應(yīng)正常工作;

      (4) 網(wǎng)壓在29.0~31.0 kV間牽引功率線性下降至零,輔助設(shè)備應(yīng)正常工作。

      TCU監(jiān)控顯示,當(dāng)網(wǎng)壓超過29 kV時(shí),列車處于減功率運(yùn)行(正常牽引功率為550 kW)狀態(tài),牽引力減小,如圖7所示。

      圖7 網(wǎng)壓超限時(shí)的列車減功率運(yùn)行監(jiān)控界面

      4.2 制動(dòng)工況下的影響

      MPU監(jiān)控顯示,當(dāng)接觸網(wǎng)網(wǎng)壓超過29 kV,且牽引制動(dòng)手柄處于制動(dòng)位時(shí),為防止電制動(dòng)進(jìn)一步提升網(wǎng)壓,此時(shí)禁止電制動(dòng)施加,而采用空氣制動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償,但這會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)盤溫度過高(見圖8)。

      5 改進(jìn)措施

      為解決蘭新線高速動(dòng)車組經(jīng)常出現(xiàn)由于網(wǎng)壓偏高導(dǎo)致電制動(dòng)失效問題,使高速動(dòng)車組更好地適應(yīng)蘭新線網(wǎng)壓高和長(zhǎng)大坡道多狀況,通過長(zhǎng)期試驗(yàn)后,提出了以下網(wǎng)壓適應(yīng)性參數(shù)調(diào)整優(yōu)化方案:將TCU中網(wǎng)壓限制電制動(dòng)力閾值配置參數(shù)提高,由29 kV提升至30.5 kV。參數(shù)調(diào)整可有效改善電制動(dòng)丟失導(dǎo)致的制動(dòng)摩擦副過度磨耗問題。

      通過牽引制動(dòng)工況下牽引力和電制動(dòng)力限制的測(cè)試,可以確認(rèn)參數(shù)調(diào)整后,網(wǎng)壓對(duì)牽引力限制仍為31 kV,對(duì)電制動(dòng)力限制變?yōu)?0.5 kV。軟件修改可以提高網(wǎng)壓對(duì)電制動(dòng)力輸出的限制判定閾值,且對(duì)其他無(wú)影響。

      6 結(jié)語(yǔ)

      當(dāng)接觸網(wǎng)網(wǎng)壓大于29 kV且持續(xù)時(shí)間大于5 min,TCU檢測(cè)到接觸網(wǎng)網(wǎng)壓為29.0~31.5 kV,牽引電機(jī)輸出功率線性下降至零。根據(jù)電制動(dòng)故障條件,車組在電制動(dòng)狀態(tài)下,輸出功率小于預(yù)設(shè)電制動(dòng)功率50%時(shí),延時(shí)3 s電制動(dòng)失效。由于恒速功能通過電制動(dòng)調(diào)節(jié),故當(dāng)電制動(dòng)失效時(shí)動(dòng)車組的恒速功能同樣失效。

      圖8 網(wǎng)壓超限時(shí)禁止施加電制動(dòng)的監(jiān)控界面

      根據(jù)電制動(dòng)失效的運(yùn)行情況分析,采用調(diào)整網(wǎng)壓限制電制動(dòng)力閾值的配置參數(shù),能夠有效保證電制動(dòng)力的正常使用,降低制動(dòng)摩擦副過度磨耗問題,保證高速動(dòng)車組的運(yùn)行可靠度,在安全可靠的前提下拓寬網(wǎng)壓的有效應(yīng)用范圍。

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