軌道交通CC750MS型雙流制牽引輔助集成變流器

何海華 王炳寬 蘇 亮 朱少中

（廣州ABB微聯(lián)牽引設備有限公司，510530，廣州∥第一作者，工程師）

軌道交通CC750MS型雙流制牽引輔助集成變流器

何海華 王炳寬 蘇 亮 朱少中

（廣州ABB微聯(lián)牽引設備有限公司，510530，廣州∥第一作者，工程師）

介紹了瑞士ABB公司所研制的軌道交通CC750MS型雙流制牽引輔助集成變流器。該變流器可在直流1 500 V及交流25 k V網(wǎng)壓下工作，采用高效水冷方式對內(nèi)部功率模塊進行散熱，更集成了輔助中頻變壓器，減輕了牽引系統(tǒng)層面的質(zhì)量及噪聲。CC750MS型雙流制動牽引輔助集成變流器有專門的接口模塊用以與列車監(jiān)控管理系統(tǒng)及外部信號之間的通信控制。該部分的控制設計完全由ABB公司的中國研發(fā)團隊完成。CC750MS型雙流制動牽引輔助集成變流器有利于實現(xiàn)動車組與地鐵列車在同一車站的對接。

軌道交通；雙流制；牽引輔助集成變流器

First-author'saddressABB Microunion Traction Equipment Limited，510530，Guangzhou，China

隨著我國軌道交通的發(fā)展，在不遠的將來，實現(xiàn)動車組與地鐵列車在同一車站的無縫對接存在著可能性及必要性。

目前，動車組采用的是交流25 k V供電系統(tǒng)，地鐵采用的是直流1 500 V供電系統(tǒng)。若需要實現(xiàn)動車組及地鐵的無縫對接，則需要所運行的列車能適應兩種供電系統(tǒng)。

軌道交通牽引系統(tǒng)的供應商瑞士ABB公司所研制的CC750MS型雙流制牽引輔助集成變流器（以下簡為CC750MS型變流器）能工作在上述兩種供電系統(tǒng)下，可為我國市域軌道交通發(fā)展提供產(chǎn)品及技術支持。

1 CC750MS型變流器的技術特點

CC750MS型變流器內(nèi)部集成了四象限整流模塊、牽引模塊、中頻變壓器、輔助模塊、充電機模塊等部件。四象限整流模塊與牽引模塊均采用3 300 V/1 500 A IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）組件，在備件選擇上兩模塊完全一致。該變流器的電路原理圖如圖1所示，技術參數(shù)如表1所示。

圖1 CC750MS型變流器電路原理圖

1.1 高效水冷系統(tǒng)

如圖2所示，CC750MS型變流器內(nèi)部的功率模塊均使用水冷散熱方式，并采用防泄漏的快速接頭以保證更換模塊時不會發(fā)生冷卻液泄露的狀況。所使用的冷卻液為特制的純凈水和Antifrogen-N防凍液的混合液，其熱容量大。防凍，不腐蝕水管，也不積垢，工作溫度許可范圍大。

表1 CC750MS型變流器技術參數(shù)

圖2 使用水冷散熱的功率模塊

如圖3所示，CC750MS型變流器的冷卻系統(tǒng)包括水回路內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)（圖3的右半部分）及水-空氣熱交換外循環(huán)系統(tǒng)（圖3的左半部分）兩部分。內(nèi)循環(huán)將功率模塊所散發(fā)的熱量通過水回路帶到外循環(huán)系統(tǒng)中，并通過內(nèi)部風機確保功率設備區(qū)域無熱點。最終的熱量通過熱交換外循環(huán)系統(tǒng)散發(fā)到外部空氣中。上述的冷卻系統(tǒng)均集成于CC750MS型變流器內(nèi)。外循環(huán)進風口設置離心沉渣分離器，具有自清潔功能，免除用戶頻繁拆洗濾網(wǎng)的工作。冷卻系統(tǒng)的壽命為30年。

圖3 CC750MS型變流器水冷循環(huán)系統(tǒng)工作原理

1.2 通信控制模塊

CC750MS型變流器內(nèi)設計有專門用以與整車外部接口進行通信控制的模塊—MTC（Multi Train Controller）。MTC與牽引控制單元在變流器工作中有著明確的分工。圖4為MTC與整車接口及牽引控制單元內(nèi)部關系拓撲圖。MTC的功能如表2所示。

由圖4及表2可知，MTC正如一個通信及控制通道，負責著外部信號與變流器牽引控制單元信號之間的傳遞，并且對整個牽引系統(tǒng)的保護起著重要作用。不同供電系統(tǒng)的切換也由MTC對變流器進行主導控制。

圖4 MTC與整車接口及牽引控制單元內(nèi)部關系拓撲圖

表2 MTC功能

以下通過直流1 500 V供電系統(tǒng)下輔助系統(tǒng)的啟動過程，來說明MTC與外部信號及牽引控制單元的工作關系。

1）外部硬線信號傳遞網(wǎng)壓值及供電制式選擇信號至MTC；

2）牽引控制單元傳遞變流器準備完畢信號至MTC；

3）MTC接收1）、2）的信號，通過硬線信號控制高速斷路器閉合；

4）高速斷路器閉合，反饋閉合狀態(tài)信號至MTC；

5）MTC保持高速斷路器閉合，并向變流器發(fā)

出中間直流充電命令；

6）牽引控制單元檢測中間直流電路充電至1 500 V后，閉合內(nèi)部接觸器，并反饋信號至MTC；

7）MTC接收變流器中間直流充電完畢信號后，發(fā)出輔助變流器模塊使能信號；

8）輔助模塊組接受使能信號，并開始工作；

MTC控制程序完全由ABB公司的中國研發(fā)團隊完成。這有助于在項目執(zhí)行過程中對整車接口的聯(lián)絡溝通，提高了項目的執(zhí)行效率。

1.3 輔助變流功能的特點

CC750MS型變流器的輔助變流部分有兩大特點：

1）采用2個輔助變流模塊并聯(lián)輸出（圖1中2個并聯(lián)的輔助模塊就是輔助變流模塊）。單個輔助變流模塊容量為80 k VA，使輔助變流模塊具有一定的冗余性。

2）采用了中頻變壓器設計。中頻變壓器的使用帶來了如下優(yōu)點：①減少整車設備空間的占用；②減少分散冷卻的需要；③降低噪聲；④減輕了整體質(zhì)量（容量160 k VA的工頻變壓器質(zhì)量約為470 kg，而相同容量的中頻變壓器質(zhì)量約為100 kg）。

輔助變流模塊輸出電流波形見圖5所示。

圖5 輔助變流模塊輸出電流波形圖

1.4 牽引變流控制

根據(jù)具體的項目技術要求，CC750MS型變流器可以對牽引電機實行架控或車控方式。

為了充分利用中間直流電壓，CC750MS型變流器在低速時（恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域）使用異步脈沖寬度調(diào)制；在高速下（恒功區(qū)和降功區(qū)）使用同步脈沖電壓調(diào)制。圖6所示為牽引模塊輸出波形。

圖6 牽引模塊輸出波形

1.5 供電制式轉(zhuǎn)換控制

CC750MS型變流器可以在不同供電制式下運行，可以同時滿足鐵路及地鐵的運行要求。在供電制式切換過程中，CC750MS型變流器內(nèi)部需要進行相應的動作變換。MTC負責主導這一系列動作。圖7為制式轉(zhuǎn)換過程中，列車牽引系統(tǒng)的動作流程。

圖7 供電制式轉(zhuǎn)換過程

2 結語

CC750MS型變流器能夠工作于不同的供電制式下，且憑借高效的水冷系統(tǒng)，可以滿足列車大功率運行的要求。其與整車接口的定義及程序控制均由ABB公司中國研發(fā)團隊進行設計，能有效地提高接口設計溝通的效率。ABB公司在國外有著豐富的多流制系統(tǒng)應用業(yè)績。憑借著ABB公司的業(yè)績與開發(fā)經(jīng)驗，以及ABB公司中國本地化的研發(fā)團隊，相信CC750MS型變流器可以在不久的將來為中國市域軌道交通做出貢獻。

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CC750MS Traction Integrated Converter Dual System in Rail Transit

He Haihua，Wang Bingkuan，Su Liang，Zhu Shaozhong

The CC750MStraction integrated converterdual system developed by ABB Company isintroduced，which can work with 1 500 V DC and 25 k V AC catenaries，and adopts the internal power modules with effective coolant.It also integratesthe medium frequency transformer to reduce the total weight and noise on the traction system level.CC750MShas the specified interface module which communicates with TCMS and other external signals，the design of the control part of CC750MSisimplemented by the research team of ABB China. This traction integrated converter dual system is helpful in realizing the train docking of electric multiple unit（EMU）and metro train at the same station.

rail transit；dual system；traction integrated converter

TM 46

2014-04-28）