DJ1型交流传动电力机车

核心提示：　　研宄开发DJ1型交流传动电力机车陈翰芹\史卫军2（1.株洲西门子牵引设备有限公司，湖南株洲412001；2.西门子股份公司交通技术部，德国艾尔兰根）DJ1型交流传动电力机车总参数、牵引刷动特性、主

　　研宄开发DJ1型交流传动电力机车陈翰芹\史卫军2（1.株洲西门子牵引设备有限公司，湖南株洲412001；2.西门子股份公司交通技术部，德国艾尔兰根）DJ1型交流传动电力机车总参数、牵引刷动特性、主电路与辅助电路及控制电路结构，主要电气电子部件参数以及机械部分的特点。

　　0刖言DJ1型交流传动电力机车（）由西门子股份公司交通运输部专门为中国铁路设计，其中前3台由西门子股份公司在奥地利的格拉茨工厂制造，后17台由合资企业一一株洲西门子牵引设备有限公司制造，将于2001~2002年交货在保证质量的前提下，20台机车，尤其是后17台机车的国产化率将逐步提高。机车预定用于宝成铁路北线困难区段，牵引重载货物列车。DJ1是由2节4轴机车固定连挂成的8轴机车机车外壳以蓝色和象牙白为主，车顶安装设备较少，侧墙不两侧，形成中间走廊该机车牵引货物列车，在中国铁路具有通用性。作为批量生产机车的设计应考虑先进性、成熟性，所以DJ1机车的电传动技术为：水冷GTO四象限变流器和逆变器，IGBT四象限辅助变流器，交流异步牵引电动机，SIBAS32系统机械部分是在西门子成熟技术基础上，结合中国铁路重载牵引要求进行设计的1机车主要参数和特性曲线DJ1机车主要技术参数如下：轴式轨距车钩中心距轴重无压车铁有压车铁总质量无压车铁有压车铁电流制变给变间额定功率6400kW持续牵引力461kN最大启动牵引力轴重23t时700kN轴重25t时760kN持续速度50km/h最高速度120km/h制动方式再生制动，电空制动电制动功率6 400kW最大电制动力461kN牵引电动机悬挂方式抱轴式DJ1机车牵引特性和电制动特性曲线如所主电路是一节4轴机车的主电路，由主变压器、牵引流器、牵引电动机构成主变压器有3个牵引绕组，牵引变流器的3个四象限变流器供电3个四象限流器给2个并联工作的直流中间电路供电；直流中电路给2个逆变器供电；每个逆变器向一个转向架的2台牵引电动机供电。2个直流中间电路共用一组二次滤波器和保护模块。主电路设有转换开关，在一组四象限变流器或逆变器故障时可作相应的切除和转换，机车可以降低功率继续运行。

　　3主要电气部件3.1主变压器和二次滤波电抗器主变压器型号为EFAT6644，卧式结构；二次滤波电抗器也安放在箱体内，采用矿物油冷却主要参数如表1所示表1主变压器主要参数型号适用标准冷却方式工作制连续额定容量额定电压网侧绕组牵引绕组辅助绕组1辅助绕组2额定电流额定频率网侧绕组绕组温升牵引绕组冷却油温升辅助绕组1总质量辅助绕组2冷却油质量（2）二次滤波电抗器二次滤波电抗器主要参数如表2所示。

　　表二次滤波电抗器主要参数型号额定电压适用标准额定电感值工作制连续额定频率额定容量冷却方式额定电流质量3.2牵引变流器水冷GTO模块。每节4轴车有一个牵引变流器柜，包含3个四象限变流器和2个逆变器以及中间电路电容器、保护模块、转换开关、牵引控制单元（TCU）冷却水通道等变流器柜安装在主变压器牵引绕组上方变流器交流侧接线和二次滤波电抗器接线都很简捷冷却液由水泵强迫循环流经柜外专门的冷却塔热交换器，由冷却风扇冷却该冷却塔也担负主变压器冷却油的冷却任务变流器主要参数：输入输出工作制冷却方式工作环境温度检测接口防护等级块组成，用来控制牵引变流器系统，设有MVB接口模块与CCU通信3.3辅助变流器辅助变流器是西门子公司为德国铁路公司BR152机车开发的成熟产品其网侧采用四象限变流器，以解决辅助绕组功率因数低的问题标准辅助变流器柜可容纳2组80kVA电气上独立的变流器（共用强迫风冷系统），采用IGBT风冷模块和SIBCOS微处理器控制系统，柜体设计具有良好的电磁兼容性（EMC）DJ1每节4轴车只需3个80kVA变流器便足以提供全车所需辅助功率，供电分配按冗余设计，以保证辅助系统可靠运行。DJ1每节4轴车设有2个辅助变流器柜：A型是标准型，装有2个80kVA变流器；B型只装1个80kVA变流器辅助变流器由机车的CCU管理，SIBCOS通过MVB与CCU进行信息交换。

　　辅助变流器柜主要参数：波形变动负荷强迫风冷-40C~+40C 3组80kVA辅助电源给机车辅助系统供电，其电路原理图如4所示3.4机车控制机车电子控制系统采用可靠耐用的部件，结构简洁，实现主要的控制、调节诊断功能现有的列车通信网络产品构成整个控制方案的基础（1）管理层的结构管理层用来对机车进行管理，可以管理2~ 4节互相连挂的4轴车数据通信通过列车通信网络（TCN）进行。为管理2节4轴车连挂的电子控制框图。

　　可编程设备和机车之间的数据通信用的总线系统由TCN构成TCN按照国际电工委员会的IEC61375来定义，含有WTB（绞线列车总线）和MVB（多功能车辆总线）两部分。

　　每节4轴车均有2路WTB和2个网关，因而WTB是一套有冗余的总线系统一路总线故障时，数据交换会在另一路总线里继续进行，司机室里的人机界面会通知司机总线故障情况若两总线都故障，数据传输将中断，连挂在一起的机车的WTB会重新初始化每节车的MVB用以实现各设备之间的数据交换根据各设备的工作能力，TCN标准将其划分为4类表3所示设备均可连接到MVB，且这些设备都必须至少完成MVB类别所规定的功能，这样才能够涵盖控制和诊断要求的通信量。

　　MVB的管理和控制的实施是冗余的，一个MVB链路故障，数据交换会在第2个MVB链路继续进行。

　　司机室的显示屏给司机提供总线链路故障信息。

　　表3设备功能类别设备设备功能（TCN标准类别）中央控制单元（CCL，MVB32-P4）4网关4牵引控制单元（TCL）3外设智能接口SIBAS-KLIP（I/）2MVB-Compact-I/O1.0司机台显示屏3辅助逆变器1.3（2）管理层的组件中央控制单元的任务是管理车列和机车机车的控制、调节和监视等管理功能由CCU实施或协调。CCU为西门子SIBAS32微机控制组件，采用32位的微处理器。DJ1机车采用的CCU是Type3型，包含网关、中央处理器MVB32-4电源用，机车的工作也可以不受限制地继续下去。一节车中2个CCU的主功能和从功能周期性地轮换，可保证该节车的可用1性从CCU故障对机车的工作没有影响，但司机会收到信息在2节或多节车连挂情况下，每一节车都有一个主CCU和一个从CCU领头一节车的主CCU便是全部连挂车列的主CCU，其他各节车的主CCU是相互连挂车列的从CCU车列的主CCU通过WTB传送控制指令和数值到从CCU，从CCU通过MVB将指令和数值转发到其所属的子系统即使每节车只有1个CCU工作，整个连挂在一起的车列也能发挥全部功能CCU功能主要为：a.各种部件的监视（自诊断）；b.通过MVB/WTB读取媛出过程数据；c.选择工作方；d.诊断（与CCU相关的功能）；e.工作状态；f.控制牵引变流器柜之外的各主电路部件（如主断路器）；g.牵引制动控制；h.控制辅助设备和车上辅助供电系统；i.监视腔制辅助设备负荷（如撒砂和轮缘润滑）；j.司机室更改（每台双节机车或者连挂在一起的车列只有一个司机室起控制作用，由司机钥匙开关激活）牵引控制单元（TCU）TCU的任务是控制和调节电力牵引设备，从电气上实现防空转滑行保护。

　　外设智能接口站（KLIP）SIBAS系统外设智能接口站（KLIP）采用分散化输入输出，可以减少车内所需布线，加机车车辆控制和诊断能力组件和部件的信号不直接连到MVB时，可通过SIBAS-KLIP站以分散方式采集和控制。KLIP站的模块化结构有助于实现优化组件控制功能输出接口站，专为司机室使甩在司机室对操作有决定性意义的输入和输出会出现2次。这些数据是为主CCU而备，在冗余数据出现不一致时，系统会选用较合理的一个司机室里的人机界面（MMI）MMI由显示屏和一个微机组成显示屏是机车里SIBAS控制、测量和诊断功能的人机界面。显示屏给司机显示故障、限制功能及相应的对策诊断信息可以通过司机室的显示屏显示网关网关用于WTB和MVB的数据交换。网关中过程数据排列（PDM）决定哪些MVB的过程数据传送到每一节车有2个网关，但是只有一个网关参与WTB通信。每一个网关配属于一个CCU属于从CCU的网关不参与连挂车列的初始化，所以不参与任何数据交换其他参与通信的WTB设备不访问该网关在主网关失效时，司机必须通过开关来使网关失效的CCU停止工作，并让网关完好的CCU投入工作。

　　3.5牵引电动机TB2624 DJ机车采用结构坚固、具有滚动轴承的抱轴式悬挂的4极鼠笼式三相异步牵引电动机，符合IEC349-2要求异步牵引电动机维修费用低寿命长1TB2624主要参数如下：持续功率持续转矩电压电流频率额定转速效率（持续工况）极数最大转速超速试验转速（2min绝缘等级4机械部分4.1车体车体由底架、侧墙、后端墙、司机室及其后墙和车顶盖等组成整体承载结构，3个拱形支架用螺钉连接在侧墙上部，以支撑4块车顶盖。车顶盖可拆，便于安装和更换重的部件。

　　车体采用适当的防腐蚀保护措施和合适的油漆涂料。车体设计考虑了避免积水部分底架的起吊点靠近转向架的中心。组装好的车体应能承受压力2 960kN，司机室前窗之下均匀分布的静态首台车体将进行压力负荷试验，以验证强度计算和有限元分析结果。

　　底架是车体最重要的部件之一，主要由2根外纵梁和一根内纵梁（包含多根横梁和两根端梁）构成为了安装车内设备，底架上焊有几根C型安装轨转向架之上的横梁由转向架每边3根二系悬挂螺旋弹簧支撑2根端梁各有一个车钩座和一个连接低牵引杆的中心销牵引力和制动力都通过车钩、端梁、牵引杆传递车体侧墙由立柱和纵梁构成，由外蒙皮完全封闭。

　　侧墙的上边有一斜坡，斜坡处有牵引电动机通风机和辅助变流器风机的冷风入口。

　　司机室焊在底架上有2个入口门和1个通车内走廊的后墙门。司机和副司机后面各有1个电气/电子柜前窗玻璃装有电动刮雨器和遮阳帘侧窗设计为上下提拉式，可以在任何位置锁住司机台上各种仪表设备均按照工效学原理设计。司机台下面安装有1台空调机车体后墙结构和侧墙相似，有一扇后门并装有风挡，以使与另一台固定连挂的机车相通车顶由4块顶盖组成，尾部一块安装车顶高压设备，油水冷却塔邻近的车顶有冷却塔进风口。

　　4.2通风冷却设计每个牵引电动机有自己的通风机，冷风由侧墙上部进风口吸入，经过牵引电动机后排出外部。进风口装有惯性滤尘器网，对灰尘、雨、雪的分离能力强为了防止灰尘等进入车内机器间，4个牵引风机都设有旁风道并设有二次滤尘器，这样可使机器间空气稍处正压状态2个辅助变流器的通风路径和牵引电动机相似变压器油和变流器冷却水公用的油冰冷却塔的冷却风直接从一节车顶盖吸入，空气经热交换器后由风道排向底架下面。

　　4.3制动系统DJ1机车采用空气制动系统和再生制动，实现空电联合制动功能每节机车由1台VV450型KNORR空气压缩机供风2个主风缸，每个容积500L所有车轮均配备轮盘制动机构每个转向架装备有2套盘式制动系统，另有停车制动装置4.4转向架DJ1采用的二轴转向架是以德国铁路BR152机车的转向架为基础设计的主要零部件经过其他转向架长期运行验证构架为闭合的H形结构，由2根纵梁* 1根主横梁和2根端梁组成主要零部件由钢板焊成箱形结构，整个构架焊成封闭结构，防止潮气进入箱形内部轮对轴箱和转向架之间的牵引力和制动力通过轴箱拉杆传递轴箱拉杆还并联有液压减振器。一系悬挂采用螺旋弹簧，起着轮对的横向和垂向导向作甩二系悬挂采用高挠簧，转向架每侧有3根，上下均有橡胶元件作减振垫设有垂向液压减振器以吸收垂直振动横向和侧滚振动由装在转向架头尾端梁上的减振器控制转向架和车体之间的牵引力和制动力通过推拉杆实现转向架主横梁的下部焊有连接座，车体底架车钩缓冲器座下部也焊有1个连接座，形状和前者相同。推拉杆与连接座之间均用相同的金属-橡胶铰接件连接。推拉杆2部分之间的连接靠2根（下转第18页）保护、过压过流保护、过纹波保护等弱电软保护措施，主电路中也应利用快速熔断器进行硬保护。电路原理图从略。

　　4波形净化与处理鉴于三相全控桥式整流南源逆变电路对电网的干扰主要是3579等奇次谐波，我们分别在交流进线处加入3 57次谐波滤波器，以减小系统对交流电网的污染经电力部门现场测定，各次谐波干扰对电网的影响小于5%，符合部颁标准。附表为其中一相的测试结果。

　　附表电网谐波测试数据谐波分量电压纹波系数相位移/（*电流纹波系数相位移/（*总计5结论与展望该系统经现场鉴定，完全符合电力部各项指标要求，节能效果非常明显，达到了预期目的，为以后大容量蓄电池组充放电设备及大功率电源电子负载的生产奠定了较好的基础对于铁路系统中的超大功率柴油发电机水阻试验台（800V/2000A），可以用几台分机并联使用、计算机均流控制的方法来解决逆变颠覆问题