降低AC车辆车体浪涌电压的方法

降低AC车辆车体浪涌电压的方法 降低AC车辆车体浪涌电压的方法 降低AC车辆车体浪涌电压的方法SatoruHATsuKADE(日)11 文章编号:10027610(2010)06—0011一O6 降低AC车辆车体浪涌电压的方法 SatoruHATSUKADE(日) 摘要:简要阐述AC车辆车体产生浪涌现象的机理和改善AC车辆接地系统的试验结果,讨论了防止 极端浪涌电压的理想接地系统. 关键词:铁道车辆;浪涌电压;日本 中图分类号:U27o.38文献标识码:B ReductionMethodofSurgeVoltageonACRailcar'SBody SatoruHATSUKADE(Japan) Abstract:ThemechanismofsurgingonACrailcar'Sbodyandthetestresultinimprovementof ACvehicle groundsystemsarebrieflyexpounded.Theidealgroundsystemsforthepreventionofextrem esurgevoltageis discussed. Keywords:roilingstocksurgevoltage;Japan 1概述 电动车辆的车体流过各种电流,如车上设备的回 流电流,保护电流和主电路电流.车体产生的浪涌在 此称之为车体浪涌. 车体浪涌会损坏设备,特别是在车体和转向架间 产生数千伏的电压差更易损坏设备.一个实例为车体 浪涌流入接地点,损坏接地设备_1],车上的设备或临近 轨道上的车辆设备. 虽然可以对有损坏危险的设备采取防止车体浪涌 的措施引,但是本文主要阐述与车体浪涌相关的因素 和减少车体自身产生浪涌的方法. 2与车体浪涌电压相关的因素 检查实际设备损坏状况,确定车体浪涌的特点如 下: (1)经常发生在受电弓升弓时(列车通过分相区 时); (2)大部分发生在AC车辆(主要是新干线列 车); (3)对尾车的车上设备损坏得更多. 在(1)条件下工作的设备主要是辅助电路装置和 与受电弓操作相关的设备.因此,受电弓的高压电路 (从受电弓到主变压器)是车体浪涌的一个因素. 在(2)条件下,高压供电和AC车辆使用高压电缆 收稿日期:2009—08—03 是车体浪涌的因素. 在(3)中的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 与浪涌的反射有关.因此,车辆的 接地系统也是车体浪涌的一个因素. 下面各节阐述高压电路和接地系统中与车体浪涌 有关的因素. 2.1AC车辆高压电路因素 与车体浪涌相关的高压电路部件为受电弓,主断 路器(真空断路器,近来称之为VCBs),主变压器及它 们之间的高压电缆(图1). 高压 受电弓 主断路器(VCB) 图1高压电路的元件 高压电缆在绝缘体周围设有金属屏蔽层,以限制 电场于电缆内部,这种电缆的截面与同轴电缆相似. 屏蔽层的一端连接到车体.由于电缆芯导体和屏蔽层 之问的电磁耦合,电缆芯导体内电压的突变引起从屏 蔽层到车体的浪涌电压传播(图2). 车体浪涌的产生取决于高压电路布局(图3). (a)主断路器装在地板下(主要是新干线列车), 受电弓升弓时产生最大浪涌; (b)主断路器装在车顶(主要在传统线路),主断 12国外铁道车辆第47卷第6期2010年11月 路器接通时产生最大浪涌. 以上2种情况都涉及到高压长电缆的连接,表明 车体浪涌的主要因素是屏蔽层的感应电压. 峰值浪涌电压取决于高压电缆的长度.近年来, 广泛使用高压母线系统,以限制射频干扰(RFI)和受 电弓的噪声.因此,高压电缆的总长度比传统列车(图 4)要长.如上所述,近来的AC车辆处于车体大浪涌 电压状态. (;= 乍体的电压振荡 图2车体浪涌的来源 ?一主变压器——一主变压器 fa)受电弓升弓(b)VCB接通 图3电路结构引起浪涌的时间差别 苗自口白…口 f新近车辆) 图4高压母线 n 2.2AC车辆接地系统因素 近来,为防止损坏轴承,电动车组在车体和车轴之 间大都布置同等长度的导线,以使回流电流均衡经过 4个车轴(图5).车体和转向架间绝缘以控制回流电 流的通路.在有些车组,尾车为没有接地的拖车,以控 制电磁干扰(EMI). 过去,所有的新干线列车都用同样的接地系统,回 流电流的集聚造成接地电刷的不均匀磨损.发生这种 情况的原因是车体的阻抗低于轨道的阻抗,所以,流经 车体的电流比流经轨道的电流要大(图6).防范措施 是在车轴和车体之间设置一个接地电阻器(0.5Q), 以防止电流的回流(图7)[. 上述 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 的结果是车体和轨道间的接地线加长. 有时接地电阻装在它们之间.浪涌为高频电流,接地 阻抗增大,要降低浪涌电压是极为困难的. 图5回流电流的均衡 图6回流电流的集聚 接 棼图7附加的接地电阻器 2.3尾车浪涌电压的传播 图8示出车体浪涌波形(车体和轨道之间的电压) 的实例.图8中的浪涌电压以网压的有效值为基准, 用p.u.形式表示].在实例中,车体和轨道之间发生 的电压浪涌在10以上.在此例中,尾车的浪涌比其 他车更大. 反射的车体浪涌通过其他车体传播到尾车,尾车 的浪涌电压是行波和反射波的叠加.如果尾车的接地 ,, 熙 :; ^_ 二呈王J {,! … ,一 ' ,,: I 2f246 时间/ 图8车体和轨道之间的电压实例(1号车没有接地线) 降低AC车辆车体浪涌电压的方法SatoruHATSUKADE(日)13 充分,浪涌的主要成分是发射波,反射波减少到与其他 车辆同样的电压.如果接地阻抗高,反射波没有减小, 尾车的浪涌电压就比其他车辆大.如果尾车没有接地 连接,这种趋势显而易见. 对车体起接地作用的轨道,由于集肤效应,在高频 率时有高的阻抗.图9示出列车停车时车体和轨道电 势之间的浪涌电压关系.图9还示出尾车的电势比第 二辆车的要大.图9中由于从一个变电所供电,在3 辆车的整个长度上,轨道有0.04P.u.的电势梯度. ,_ 一 , 图9浪涌发生时的分布电压 '在图9中,转向架与轨道接触.其含义是列车停 车时,轴承是导电的,转向架和轨道间保持低的电势 差. 3降低浪涌电压的方法和检验结果 降低车体浪涌的方法可分为防止感应和浪涌直接 接入轨道. 3.1降低方法和应用点的考虑 图1O示出车体浪涌的分布参数模型.车体的浪 涌阻抗取决于车辆的材料和结构,而轨道的浪涌阻抗 依条件而定,如接地状态(图1O中没有 说明 关于失联党员情况说明岗位说明总经理岗位说明书会计岗位说明书行政主管岗位说明书 接地情 况).所以,图10的电路参数是通用的. 曩鎏l审接地电阻器 图l0车体浪涌的分布参数模型 线芯 屏蔽层 车体 轨道 为降低车体的浪涌,应在第2节所述的高压电路 或接地系统采取措施.减小接地系统中的浪涌有2种 方法:加大高压电路负荷电压;减小接地阻抗.表1示 出铁道综合技术研究所对车体浪涌进行研究的大纲. 由于击穿强度和恒定电流引起的防范措施的规模大, 高压电路无有效的防范措施.本文主要阐述对接地系 统采取的防范措施. 表1降低车体浪涌的思路及其具体做法 3.2电容接地 这种方法电容只通过浪涌电流(图11). 图ll车体和转向架构架间连接电容器的方法 电容接地的优点是可以在两个地方应用:车体和 转向架构架之问,或车体和车轴之间.当车体和转向 架构架连接时,浪涌电流流经轴承.然而,由于浪涌的 能量低,电流对轴承没有影响.最大浪涌大多发生在 列车停车状态下进行的升弓或接通主断路器操作中. 列车静止时,轴承是导电的,浪涌对轴承没有影响. 用电容器连接车体和转向架构架的方法,只允许 浪涌电流通过,因而不需要接地部件.对利用辅助接 地电阻器有问题的现有列车是一种简便的方法. 在使用电容器时,电容量是一个重要参数.图12 示出低压(250V)脉冲条件下电容量的试验.结果表 明,0.1F不产生变化,而1F可降低浪涌电压. 3.3低阻抗SiC接地电阻器 使用SiC接地电阻器可以降低接地系统阻抗.不 适用高频状态的传统接地电阻器,不能用于车体浪涌 接地.为降低高频阻抗,需要大容量电阻器. 铁道综合技术研究所研制出SiC(碳化硅)接地电 阻器.SiC具有良好的热稳定性和耐用性,可用于生 产大功率电阻器. 14国外铁道车辆第47卷第6期2010年11月 图13示出SiC接地电阻器的阻抗性能,它具有高 达1MHz范围的恒定频率特性(0.5Q).相反,传统 接地电阻器在l00kHz时的阻抗达5Q.由于接地电 阻器的电压与阻抗成正比,SiC接地电阻器的工作电 压是传统类型的1/10. ? \ 试验脉冲(250V) 厂 \——— lO {一?一传统接地电阻器(MR139)季诵孽 :]+sic接地电阻器m.一.-』iJiJiJi』i《 ::{::I:::…}{ :::{=lj=l:==t=tjjjI==t-tj,Hi 孽章嚣要要--- +一}-H{…十一十+H+H…{一十}H- 一 - . - +-{'. - Ir~,, 4f-一卜}十H{一--~州j}…{一}+H{…{一}+H+H…}-}{-14i.i … ii! 11:::!Ir -= -. I-!王吕壬丑三jfj三吕l;囊懑疆:三三}fj了了j?黧::={={j盈;==:;_:;::: l0l0Olk1OklOOk1M1OM 频率/Hz 图13SiC接地电阻器频率特性 3.4验证的结果 在现有车辆对3.2节所述的降低车体浪涌的方法 进行了验证.尾车没有安装接地线. 图14示出了试验结果.尾车的转向架构架和车 体之间连接一个1F电容器,与不加电容器相比,浪 涌电压降低50.此外,第2辆车(2号车)的浪涌也 降低了25. 第2辆车的浪涌降低是尾车的低阻抗引起浪涌 电流集聚的结果(见图9),这就降低了轨道的电压梯 度.尾车车体的电压由于低阻抗而降低,每辆车之 间导体连接使得第2辆车的电压也降低.相反,只 在2号车采用上述方案会引起尾车更严重的浪涌. 这也是因为2号车的浪涌电流引起轨道电压梯度加 大.3.3节所介绍的SiC接地电阻器的结果与图14 所见相似. 车体和转向架构架间连接电容器(1O-F) ? 等 ,一 , 出 脚 时间/kts 无电容器(电流) J一1车体.轨道J l一2车体.轨道卜I. 八 舢 :: II II —\ 升弓 40—20020406080100 时间/p.s 带电容器 图l4电容器的作用 4降低车体浪涌电压的考虑 如前所述,由于高压母线以及车体和转向架之间 的绝缘,高压电缆电容量的增加成为车体浪涌的因素 之一.接地系统的对策产生有利的影响.本节阐述降 低与车体和转向架有关的浪涌电压的方法. 4.1车体的考虑 降低车体浪涌的可能方法如下: (1)连接尾车车体和转向架(更适合尾部转向 架); (2)缩短连接线; (3)使用高频特性的设备. 缺少任一上述措施就不能降低浪涌,它们共同形 成低接地阻抗.例如,如果接地线的长度是试验模型 正常的10倍,电压就增大4倍以上. 从另外的角度来看,各种电流(如主电路电流,辅 助电路电流和信号电路电流)流经车体.辅助电路电 流在车内环流而非流人轨道.其他类型的电流进,出 降低AC车辆车体浪涌电压的方法SatoruHATSUKADE(日)15 车辆,且更易进入轨道,这是因为轨道的阻抗比车体 低. 表2列出电流的特点,对车辆的影响和需要的方 法.表2列出的这些考虑有助于理解各种电流的特 性. 表2流经车体的各种电流的特性 流电流.有必要调整电阻以均衡通过车辆各轴的电 流.对装有电动机或主变压器的车辆要特别注意. 尾车有,无接地时,降低浪涌的方法见表3. 4.2车辆设备的考虑 对于车载设备, 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 必须考虑所要求的电压差(在 浪涌主电流信号电流 频率高(10okHz,)低(50Hz/60Hz)中(,30kHz) 电流大小和100A,1000A大(>100A)小(<数安培) 时间<10"s连续连续 无 作用浪涌降低无(发现EMI降低 流动电的一些实例) 流的影响需要接地电刷与 副作用无轴承抗蚀要求对应与EMI要求对应 的措施 的措施 需要的方法流入轨道切断切断 在尾车接地的情况下,尾车车体和尾部转向架的 连接产生一种积极作用.图15(a)示出电容器与转向 架构架的连接.由于电容器只流过浪涌电流,这种方 法可消除对轴承的影响和电磁干扰.这种方法连线最 短,形成的浪涌电压最低. 如果尾车使用长接地线来防止轴承损坏,图15 (b)所示的方法是有效的.尽可能使用最短接地线. 如果电容器简单并联于接地电阻器,就减少了浪涌降 低的效果. 使用SiC接地电阻器需要考虑与电容器同样的问 题,缩短接地线(图16(a)). 如果尾车已经装有接地电阻器,图16所示的附加 接地电阻器将接地阻抗减半,这将增大通过车体的回 . (a)(b) 图15电容器连接 图16接地电阻器连接 车体和转向架之间可达数千 伏). 不管是否需要,都应避免 车体和转向架之间的导体连 接.例如,将电缆屏蔽层两端 连接到设备而集聚浪涌电流. 这种连接还会增大回流电流而 损坏轴承. 因此,有必要将车体的基 准电压 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 化,其他部件的绝 缘必须能承受数千伏的电压. 使用浪涌保护装置可增强 耐压,但这些装置应能经受重 复性的最大浪涌(约3000次的浪涌反复).本文所阐 述的频繁浪涌中,这种装置的寿命只有几个月. 表3降低尾车车体浪涌电压的方法 类型拖车动车 传统接地有无有 图15(a)图15(a) 可能的措施图15(b)图15(a) 图16(b)图15(b) 图16(a) 注注(1)注(2)注(1) 注(1):对无接地电阻器的车辆,如图16(a)所示,是可能的; 注(2):如果车辆停在存车线上,建议电阻接地(以防止车体放电). 车辆一般对车载设备供电,因此,车体可作为设备 的基准电位.最容易而又最现实的方法是以车体为基 准电位,转向架和设备之间可经受数千伏的电压(图 17). 车体是车载电子设备的电压基准 能经受很大电压的绝缘 图17安装在转向架上的电气设备 16国外铁道车辆第47卷第6期2010年11月 文章编号:1002—7610(2010)06—0016—06 高速动车组空调系统压力保护装置 曹艳华,李瑞淳 (长春轨道客车股份有限公司铁路客车开发部,吉林长春130062) 摘要:简要分析和讨论高速列车对空调系统压力保护装置的基本要求和需要,分析 了各国在空调系统 压力变化对人体影响方面的研究数据,强调了空调系统的压力保护装置用来控制 车内压力变化率的重要性. 关键词:高速动车组;空凋系统;应用 中图分类号:U270.38."3文献标识码:B ThePressureProtectionDeviceinAir—Conditioning SystemforHighSpeedMultipleUnits CAOYan—hua,LIRui—chun (RailwayPassengerCarDevelopmentDepartmentofChangchunRailwa),VehiclesCo.,Ltd .. Changchunl30062,China) Abstract:Thefundamentalrequirementsandnecessitiesofthepressureprotectiondeviceint heair— conditioningsystemforhighspeedmultipleunitsarebrieflyanalyzedanddiscussed.Therese archdatainthe effectofpressurechangeintheair— conditioningsystemonhumanbodiesinvariouscountriesareanalyzed.The importancetOapplythepressureprotectiondeviceintheair— conditioningsystemtocontrolthepressure variationrateinsidecarsisstressed. Keywords:highspeedmuhipleunits;airconditioningsystem;application 近年来,中国高速列车的迅猛发展令世界瞩目. CRH系列高速动车组的成功下线和运营,标志着我国 收稿日期:201O-06—17;修回日期:2010-08—05 作者简介:曹艳华(1977一),吉林省白【lJ人,工程师. 5结论 本文介绍了AC车辆车体浪涌的现象,简述了消 除这类浪涌的措施,并论述了这些措施的有效性. 引起AC车辆车体浪涌的因素包括采用高压母线 造成的高压电缆的电容量增大和接地系统高阻抗造成 的对浪涌电流的抑制. 抑制这类浪涌的措施包括改变接地系统.使用 SiC接地电阻器和电容器已经通过试验验证而得到确 认.尾车车体和尾部转向架之间的低阻抗接地可降低 相邻车的浪涌. 为防止车体浪涌造成的损坏,一方面通过车辆低 阻抗接地系统降低浪涌,另一方面车载设备以车体为 基准电位能够承受高压. 毫无疑问,车辆的发展将引起列车车载电子设备 数量的增加.直到在新设计或新制造的车辆发生设备 故障时,本文所涉及的浪涌现象才引起注意.希望本 文将有助于防止与车体浪涌相关的问题. 铁路客车的发展又进入了一个新的历史阶段.人们在 惊叹"和谐号"动车组速度之快的同时,也对舒适度有 了更高的需求.空调系统是控制列车舒适性指标的一 个重要的功能性系统,对于高速列车而言,空调系统已 参考文献: [13Taniguchi,H.,Morigami,H.,Okuno,M.,Matsui,E..Test EquipmenttoAvoidSurgeVoltage~J].JRCentralReport,1997, 5(5):9-11(inJapanese). E23Kudou,Y.,Tokui,H.,Moriyama,Y.,Nagata,O..Reductionofthe MaintenanceCostswithAvoidingShortinginGTOs[J].JR CentralReport,2000,7(11):1315(inJapanese). r3]Kaneda.H.,Endou,T..DistributionProfileofReturnCurrentin ShinkansenTrains[J].ResearchInstituteofJapanNationalRail— ways.1977,(77—6)(inJapanese). E4]Ametani,A..DistributionParameterCircuitTheory.Colona-sya, 1990,169(inJapanese). [5]Hatsukade,S.andMaeda,T..ExperimentandBasicAnalysisof theSurgeonaRollingStock'8Body[J].IEEJTrans.PE,2005, 125(8):754758. 周贤全译自《QRofRTRI》20O9, ?2,70,75 张维国校