CRH2时速200KM动车组概述分析

一、CRH2型200KM动车组概要

1．概述

由四方机车车辆股份有限公司为主机厂牵头为中国铁道部生产的时速200公里动力分散型电力动车组（动力分散是与动力集中相对应的两种动车组的动力布置方式，动力集中方式指整个动车组的动力只集中在头尾两节机车如中华之星或一节机车上如蓝箭动车组采用推挽是的牵引方式，前拉后推；动力分散方式是指将动车组的动力布置在动车组的所有或若干节车辆上，这样做的好处在于动车组的黏着性能好，起动、制动速度快，可靠性好-某节车故障只损失小部分动力，缺点是动力装置总重量较重，检修维护量大、噪音较大），是以日本新干线E2-1000番为原形车，引进日本川崎重工、三菱电机、日立公司（日立公司和北车永济厂生产10列车的牵引变流器）等公司的技术生产的。

新干线E2-1000番

川崎—四方时速200公里电力动车组共计要生产3包（当时中国铁道部按包为单位招标，每包20列，共计60列480节）。其中3列为原装进口车，6列为进口成套设备的组装车，51列为关键零部件进口，在中国生产和总装的国产车。之所以日方以日本新干线E2-1000系“疾风号”动车组为原型车参与中国铁道部的时速200公里动车组招标，是因为该动车组的基本情况在现有的新干线动车组中最接近中国铁道部的招标要求。E2-1000番是50Hz区间专用车。在技术上，采用了IGBT（绝缘栅双极型场效应管）等先进元器件和动力分散结构的E2-1000也是比较符合中国的实际情况。

该动车组为动力分散型电力动车组，4动4拖编组，定员610人，运营时速200公里，最高时速250公里。时代集团和时菱公司作为三菱公司的技术受让方，负责51列国产车的牵引变流器（CI）、列车信息控制装置（MON）和辅助电源装置（APU和ARF）的大部分生产，其中时代集团制造中心负责CI和MON的生产。

中国日系200公里动车组

CRH2动车组在北京环环行铁道

两列8辆的编组也可以通过重联的形式组成16辆的大编组合并运行。

该动车组的编组配制如下图：

如图所示，该动车组的动力分布在2、3、6、7号四节车上，两端1、8

号车为不带动力的控制拖车，并配备有辅助电源装置APU，受电弓在4、6号车上，各车之间有高压母线连接。

该动车组的车内配制如下表：

二、主要技术参数：

2.1 该动车组采用了交流驱动方式，前后两端设有驾驶舱。在列车正常运行时，由前端的驾驶舱负责驾驶。

·电源方式为交流25kV, 50Hz (超高压母线连接、单弓受流)。

·最高电压31kV最低电压17.5kV，其他供电特性按照GB1402规格。

·加速控制为VVVF逆变器控制方式。

·带有原边电流限幅器控制功能。

·电气制动是电力再生制动方式。

·进行空转滑行控制、以提高粘着力。

·有通过加速/再生制动控制的定速行驶功能。定速范围为

30-200km/h。

·定员：610人。

·客室布置：一等车2+2、二等车2+3。

·最高运营速度（km/h）：200（具备提速到300km/h的条件）。

·最高试验速度（km/h）：250。

·适应轨距（mm）：1435。

·适应站台高度（mm）：1200。

·传动方式：交直交。

·牵引功率（kW）：4800。

·编组重量及长度： 345t，204.9m。

·车体型式：大型中空型材铝合金车体。

·气密性：车内压力从4kPa降到1kPa时间大于50s。

·头车车辆长度（mm）：25700。

·中间车辆长度（mm）：25000。

·车辆宽度（mm）：3380。

·车辆高度（mm）：3700。

·空调系统：准集中式空调系统。

·转向架类型：DT206/TR7004B无摇枕转向架。

·转向架一系悬挂：单组钢弹簧单侧拉板定位+液压减振器。

·转向架二系悬挂：空气弹簧+橡胶堆。

·转向架轴重（t）：≤14。

·转向架轮径（mm）：860/790。

·转向架固定轴距（mm）：2500。

·牵引变流器：IGBT水冷VVVF。

·牵引电动机：300kW。

·启动加速度（m/s2）：0.406。

·辅助供电制式：DC100V，单相AC100V、AC220V、三相AC400V。

2.2 轴重：

各车的轴重配制如下：

2.3 制动：

2.3.1 制动距离：制动初速度200km/h时：≦2,000ｍ

制动初速度160km/h时：≦1,400ｍ

紧急制动初速度200km/h时：≤1800m。

2.3.2 制动控制方式如下所示。

·使用ATP 的自动及手动

· ATP 制动时的滑行时间在3.5 秒以下（空气的响应延迟考虑为1.5 秒、控制延迟考虑为2 秒）

2.3.3 制动方式为直通式电气指令式空气制动方式，采用适应速度－粘着模式的制动力控制，设置有滑行检测及感应负载功能。

2.3.4 制动种类如下所示。

·常用制动

·快速制动

·紧急制动

·辅助制动

·耐雪制动

2.3.5 制动性能（减速度模式）

·常用制动7N

70km/h ：0.747 m/s2

118km/h ：0.619 m/s2

200km/h ：0.492 m/s2

·快速制动

70km/h ： 1.12m/s2

118km/h ：0.931 m/s2

200km/h ：0.758 m/s2

2.4 最小曲线半径通过

连接运行时：180m

单车调车时：130m

S曲线时：180m曲线＋最小10ｍ直线＋180ｍ曲线

2.5 车体主要尺寸

车体最大长度

车头车：25,700mm

中间车：25,000mm

车体最大宽度：3,380mm

车体最大高度：3,700mm

登车口地面高度：1,300mm

客舱天花板高度：22,770mm

转向架间距：17,500mm

固定轴距：2,500mm

车轮径：860mm

连接器高度：1,000mm

三、CRH2 牵引传动系统的组成

CRH2 动车组牵引传动系统主要由受电弓（包括高压电器设备）、牵引变压器、四象限变流器、牵引逆变器和牵引电机组成。

(1) 高压电器设备

高压电器主要作用是完成从接触网到牵引变压器的供电。主要包括：受电弓、主断路器、避雷器、电流互感器、接地保护开关等。CRH2 动车组采用DSA250 型受电弓。该受电弓为单臂型结构，额定电压/电流为25kV/1000A，接触压力70±5N,弓头宽度约1950mm，具有自动降弓功能，适应接触网高度为5300～6500mm，列车运行速度250km/h。CRH2 动车组采用CB201C-G3 型主断路器。主断路器为真空型，额定开断容量为100MVA，额定电流AC200A，额定断路电流3400A，额定开断时间小于0.06s，采用电磁控制空气操作。CRH2 动车组采用LA204 或LA205 型避雷器。额定电压为AC42kV（RMS），动作电压为AC57kV以下（V1mA，DC），限制电压为107kV。由氧化锌（ZnO）为主的金属氧化物组成,是非线性高电阻体的无间隙避雷器。CRH2 动车组采用TH-2 型高压电流互感器。变流比为200/5A，用

于检测牵引变压器原边电流值。CRH2 动车组SH2052C 型接地保护开关。额定瞬时电流为6000A（15 周），电磁控制空气操作，具有安全连锁。

(2) 牵引变压器

CRH2 动词组采用的是ATM9 型牵引变压器，一个基本动力单元1 个，全列共计2 个。采用壳式结构、车体下吊挂、油循环强迫风冷方式。具有1 个原边绕组（25kV,3060kVA）、2 个牵引绕组（1500V，2×1285kVA），一个辅助绕组（400V，490kVA）。

(3) 牵引变流器

CRH2 动词组采用的是CI11 型牵引变流器，一个基本动力单元2 个，全列共计4 个。采用车下吊挂、液体沸腾冷却方式。主电路结构为电压型3 电平式，由脉冲整流器、中间直流电路、逆变器构成，不设2 次谐振滤波装置和网侧谐波滤波器，采用 PWM 方式控制。中间直流电压为2600V～3000V（随起牵引电机输出功率进行调整）。1 个牵引变流器采用矢量控制原理控制4 台并联的牵引电机。

(4) 牵引电机

CRH2 动词组采用的是MT205 型牵引电机，每节动力车4 个（并联），一个基本动力单元8 个，全列共计16 个。牵引电机为4 极三相鼠笼式异步电机，采用架悬、强迫风冷方式，通过弹性齿型联轴节连接传动齿轮。

2 、CRH2 牵引传动系统组成原理

CRH2 动车组采用交流传动系统，主要由受电弓（包括高压电器设备）、牵引变压器、四象限变流器、中间环节、牵引逆变器、牵引电机、齿轮传动系统等组成。动车组受电弓从接触网获得AC25000V/50Hz 电源，为了满足动车组牵引特性的要求，牵引电机需要电压频率均可调节的三相交流电源。受电弓将接触网的AC25kV 单相工并频交流电输送给牵引变压器，经变压器降压输出1500V 单相交流电供给脉冲整流器，脉冲整流器将单相交流变换成直流电经中间直流电路将DC2600~3000V 的直流电输出给牵引逆变器，牵引逆变器输出电压0~2300V，频率0～220Hz 可控的三相交流电供给异步牵引电动机。

3 、CRH2 牵引传动系统主电路

受电弓从接触网25kV、50Hz 单相交流电网受电，通过主断路器VCB 连接到牵引变压器原边绕组。主电路开闭由VCB 控制。牵引变压器牵引绕组设两组，原边绕组电压为25kV 时，牵引绕组电压为1500V。牵引变流器在M1、M2 车上，由一台四象限脉冲整流器和逆变器及中间直流回路构成，运行时除实施牵引电动机电力供应和制动时的再生制动外，还具备相应的保护功能。主电路简图如图下：

图1-1 动车组主电路简图

牵引电动机采用三相鼠笼式感应电机，其轴端设置速度传感器，用于检测转速（转子频率），对牵引和制动特性进行实时控制；当出现故障时，M1 车和M2 车可分别使用，另外，整个基本单元可使用VCB 切除，而不会影响其它单元工作。制动系统有两套。一套是电制动，将牵引电机转换成发电机形式工作，即再生制动；一套是空气制动，将电指令转换成空气指令送入制动缸起制动作用。当列车速度较高时，实施电制动，在低速时实施空气制动，制动方式转换均由微机控制系统控制完成。当司机通过司机台上的制动控制器实施制动指令时，制动电信号首先到达车辆计算机系统，再传入制动控制系统。制动控制系统根据列车速度，自动实行空气制动与电制动。电气制动系统的组成与牵引系统一致。动车组牵引系统主电路原理图如图1-2。

4、CRH2 牵引传动系统控制电路及其控制策略

CRH2 牵引传动系统控制策略分为脉冲整流器控制、逆变器控制和牵引电机控制三个部分。脉冲整流器控制策略：牵引变压器牵引绕组输出的AC1500V、50Hz 电源输入脉冲整流器。脉冲整流器由单相三点式PWM 变流器、交流接触器K 组成。采用无接点控制装置，从而实现了输出直流电压2600V～3000V 定压控制、牵引变压器原边单位功率因数的控制以及无接点控制装置保护。再生制动时接收支撑电容器输出的直流3000V 电压，向牵引变压器供应AC1500V、50Hz逆变器控制策略：逆变侧采用了VVVF 的控制方式，整流器输入给支撑电容器的直流电压，依据无接点控制装置控制信号，输出变频变压的三相交流电对4 台并联的电机进行速度、力矩控制。再生制动时牵引电机发出三相交流电，经整流后向支撑电容器输出直流电压。牵引电机控制采用矢量控制方式，独立控制力矩电流和励磁电流，以使力矩控制高精度化、反应高速化，提高电流控制性能。

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动车组牵引系统主电路原理图如图1-2。

5、CRH2 牵引传动系统的保护

牵引传动系统是高压系统，为保证系统的安全和可靠的工作，系统设置了各种保护装置。电驱动系统的保护主要有：牵引驱动系统对各种故障具有检测和保护功能；为了有效利用粘着力，牵引变流器设有牵引时检测空转实施再粘着控制的功能，并在制动控制装置设有制动时检测滑行并进行再粘着控制的功能；为了在故障和并联电机载荷分配不均匀等情况时保护牵引电机，设有电机过流检测、电机电流不平衡检测、接地检测等保护功能。所有故障信息均通过车辆信息控制装置网络传递，并在司机台显示装置上进行显示。高压设备箱在考虑防止危险和绝缘距离的基础上，力求小型、轻型化，为防止触电事故发生，采用连锁方式，在通电时不能打开箱门。动车与拖车设有接地装置，动车转向架的接地装置安装在齿轮箱上，接地容量为160A×2 个/齿轮箱，拖车转向架的接地装置安装在轴箱上。动车组高压回路中没有电压互感器。另外，动车组在高压回路中设置了主断路器，不再设置隔离开关。动车组主电路很复杂，不同的组成部分可能会产生各种各样的故障，影响动车组的安全可靠运行，当出现如表所示的情况时，系统将出现故障，并将相应的故障显示在司机室内的监控器上。

6、CRH2 牵引传动系统的布置

(1) CRH2 动车组编组简介

CRH2 动车组为4M4T 编组，首尾车辆设有司机室，可双向驾驶，两辆动车组成一个动力单元。正常情况下，两个牵引系统均工作，当一个牵引系统发生故障时，可以自动切断故障源，继续运行。动车组头车长度25.7m，中间长度25m，总长201.4m，车体宽度3.38m，车体高度3.7m。在4、6 号车设受电弓及附属装置，安装高度4m 时，受电弓工作高度最低4888mm，最高6800mm，最大升弓高度7000mm。动车组正常运行时，采用单弓受流，另一台备用，处于折叠状态。2、3、6、7 号车为动车，车下有牵引变流器和牵引电动机。在2、6 号车下装有牵引变流器。1、4、5、8 号车为拖车。编组示意图如图1－3 所示。

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图1－3 CRH2 动车组编组示意图

(2) 动车组车底电气设备布置

CRH2 动车组以2 动2 拖为一个基本动力单元。一个基本动力单元的牵引传动系统主要由网侧高压电气设备、1 个牵引变压器、2 个牵引变流器、8 台三相交流异步牵引电机等组成。全列共计2 个受电弓、2 个牵引变压器、4 个牵引变流器、16 台牵引电动机。动车组正常时升单弓运行，另一个受电弓备用。牵引传动系统的供电设备布置在4、6 号车车顶，电传动设备布置在2、6、3、7 号车的车底。图1－4 为动车组车底电气设备布置示意图。