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摘要：作为现代社会的一种中长途运输方式,高速铁路具有运能大、污染小、节约能源等优点。随着经济和社会的发展,高速铁路在人们的中长距离出行中占据比重越来越大。本文对动车组高压牵引系统进行详细介绍与分析。
关键词：动车组；牵引系统；高压
1、高压系统
动车组的高压系统是基于25KV供电系统设计的。动车组为8辆编组，分为两个牵引单元。主要由受电弓、主断路器、避雷器、电流互感器、电压传感器、车顶隔离开关、高压电缆、绝缘子组成。受电弓安装在变压器车的车顶，负责从接触网取电。受电弓下面是避雷器。避雷器下面是电压传感器，用于测量网压。避雷器之下主断路器集成有接地开关，主断路器由压缩空气驱动开关，控制从受电弓受流的高压是否接入主变压器。在主断路器和主变压器之间接有电流互感器和浪涌吸收装置，浪涌吸收装置用于吸收开关主变压器产生的过电压，电流互感器用于测量主变压器的原边电流。在主变压器的输出与工作地之间还接有接地电流互感器，该传感器用于检测主变压器的接地电流。
在两个变压器车之间车顶的有高压线路，用于连接两个动车组单元，以便一个受电弓和一个主断路器可同时为两个牵引单元供电。在车顶高压线路上有两个车顶隔离开关，用于在车顶高压线路故障时分离线路，从而实现当一个牵引单元的主电路故障时，另一个牵引单元的主电路还可以继续工作。
1.1车顶高压隔离开关
车顶隔离开关(LDS)位于2和7车上，作用是将2个牵引单元之间高压25KV联接，其闭合和打开控制由TCMS执行。LDS的断/合及切除操作必须在受电弓处于降弓的状态下进行。但当A-KEY位于LOCK（锁闭）位时，车顶隔离开关由硬线电路实现闭合，且不能被打开。紧急模式时所有隔离开关开关都被断开。隔离开关控制分为闭合隔离开关条件、打开隔离开关条件、隔离开关闭合检测、隔离开关打开检测、隔离开关打开故障、隔离开关闭合故障。顶隔离开关(LDS)位于2和7车上，作用是将2个牵引单元之间高压25KV联接，其闭合和打开控制由TCMS执行。LDS的断/合及切除操作必须在受电弓处于降弓的状态下进行。但当A-KEY位于LOCK（锁闭）位时，车顶隔离开关由硬线电路实现闭合，且不能被打开。紧急模式时所有隔离开关开关都被断开。隔离开关控制分为闭合隔离开关条件、打开隔离开关条件、隔离开关闭合检测、隔离开关打开检测、隔离开关打开故障、隔离开关闭合故障[1]。
1.2受电弓
在每列车上有两个受电弓，分别安装在2车和7车上。受电弓安装在绝缘子上。AC25KV线电压通过2车或7车的受电弓来收集。在正常状态下，受电弓与电网互助接触，以便向主变压器提供网侧电压（25KV）。主变压器又向网侧变流器模块提供电流。网侧变流器模块再向电动机变流器模块和辅助变流器模块提供电流。每个受电弓配备一个自动降弓装置（ADD），在出现故障或碳滑板磨损的情况下自动快速降弓，达到保护弓网和受电弓的目的。自动降弓装置的反应时间不大于1s。
1.3主断路器管理
在受电弓下方配置了带接地开关的主断路器，安装在每节变压器车车顶端部位置。主断路器用于切断牵引单元的工作电流，保证牵引设备不受破坏。也用于过流保护和短路保护。主断路器软件控制分为主断闭合使能、主断路器闭合/断开请求、主断路器闭合/断开命令、主断路器状态反馈、主断路器故障检测以及接地开关状态检测。
2、牵引电系统
动车组为8辆编组的动力分散交流传动电动车组，4动4拖，其中相邻的两辆动车为一个基本动力单元，每个动力单元具有独立的牵引传动系统，如图l所示，主要由1台主变压器、2台牵引变流器和8台牵引电机等组成。牵引变压器原边额定电压为单相交流25kV／50Hz，副边为l550V／50Hz。牵引变流器输入侧为四象限脉冲整流器(4QC)，2个4QC并联为一个共同的DC连接供电，中间电容区部分存储能量，输出平滑的直流电压。输出端为一个PWM逆变器，将DC连接电压转换成牵引系统所要求的变压变频i相电源驱动4个并联的异步牵引电机[2]。
2.1牵引变流器
牵引变流器布置在动车组动车车下设备舱，即：动力车01、03、06和08车；牵引变流器为二重四象限脉冲整流器+单（/双）逆变器模块。四象限变流器输入电压确定为AC1850V，变流器采用模块化结构，集成在一个变流柜中，变流柜中还包括TCU及线路接触器、充放电电阻、电流电压传感器等部件。变流器的冷却为铝散热器+强迫风冷二次滤波电感集成在冷却系统中。而电容及放电电阻均设置在变流柜中。
2.2牵引控制单元
牵引控制单元(TCU)用于监控牵引变流器的操作工作。TCU的主要功能如下：调节指定的牵引或（电动）制动力；调节牵引变流器直流侧的电压；控制开关元件，如预充电接触器和线路断开开关；监控和保护牵引系统；向TCMS传送状态信息及故障信息；根据TCMS发出的读取要求，向TCMS发送数据。另外可将电脑连接到TCU的故障诊断和监视接口上对TCU内部的一些变量进行读取或者监视。TCU根据TCMS发出的指令进行车上试验，判断是否合格，将判断结果发送给TCMS。基本试验项目包括：牵引试验、再生制动试验、电机过电流试验、2次侧过电流试验、直流过电压试验、接地检测试验。
当列车激活，充电机正常时，使充电机OK继电器的电，当蓄电池电压大于91V时，蓄电池欠压继电器励磁，是蓄电池正常输出接触器的电励磁，列车正常供电母线带电。当充电机失效时，延时60S切断蓄电池正常输出供电。列车紧急供电母线直接与蓄电池接通，本车紧急供电母线受本车紧急上点接触器控制，当列车激活后才能给下挂负载供电。紧急照明供电接到列车紧急供电母线上，可在列车未激活前开启紧急照明[3]。
2.3牵引电机
牵引电机是三相鼠笼异步电机，是强迫通风类型，由外部风机来的空气冷却。电机弹性安装在转向架上，为安全起见，牵引电机带有一个安全吊，一但有故障可以保护电机不掉到轨道上，电机装有一个连接箱，从电机变流器来的电机电缆与连接箱内的连接板相连。也有位于定子绕组中的温度传感器（PT100）的连接。他们连续测量绕组温度。为备用，多设一个PT100元件，在重新连接后可以利用。牵引电动机型式为三相鼠笼感应电动机。
牵引变流器控制器故障信息、牵引变流器中间直流电路相关故障信息、牵引变流器功率模块相关故障信息、牵引变流器冷却单元相关故障信息、牵引变流器接触器相关故障信息、牵引电机温度相关故障信息、牵引电机及轮对旋转相关故障信息、牵引变流器其它故障信息。
结语：高速动车组以其运行速度快、运载量大、能耗低、安全性能高等优势在我国得到迅猛发展。随着列车运行速度的不断提升,列车牵引功率及牵引电流逐渐增大,运行过程中过分相、升降弓、断路器操作等频率也越来越高,导致动车组过电压冲击频繁产生,可能造成列车高压设备绝缘击穿,导致列车停运等事故。本文对高压牵引系统进行介绍与分析，对分析高压牵引相关故障有一定指导作用。
参考文献：
[1]CRH5型动车组牵引变流器的研究[D].熊盛艳.西南交通大学2013
[2]丁荣军.现代轨道牵引传动及控制技术研究与发展[J].机车电传动,2010(9).
[3]动车组整车可靠性的验证方法[J].王华胜.中国铁道科学.2010(03)