牽引電氣傳動(dòng)電機(jī)試驗(yàn)臺測試系統(tǒng)解決方案
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- 發(fā)布時(shí)間：2014/6/26 10:13:02
- 作者：hb_yinhe
牽引電氣傳動(dòng)電機(jī)試驗(yàn)臺一套集測量技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電機(jī)檢測技術(shù)、電力電子技術(shù)等于一體的軌道交通牽引系統(tǒng)檢測的綜合性試驗(yàn)臺，總體包括電氣牽引系統(tǒng)試驗(yàn)、VVVF牽引變頻器試驗(yàn)、牽引電機(jī)試驗(yàn)三個(gè)部分，整個(gè)試驗(yàn)按照國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，可以形象逼真的模擬整個(gè)牽引及制動(dòng)負(fù)載系統(tǒng)，有效解決了我國軌道交通牽引系統(tǒng)的試驗(yàn)瓶頸問題。
一、牽引電氣傳動(dòng)電機(jī)試驗(yàn)臺引用標(biāo)準(zhǔn)及試驗(yàn)項(xiàng)目
1、牽引電氣傳動(dòng)電機(jī)試驗(yàn)臺引用標(biāo)準(zhǔn)
IEC 61377-1996《電力牽引-機(jī)車車輛-逆變器供電的交流電動(dòng)機(jī)及其控制系統(tǒng)的綜合試驗(yàn)》
GB/T 25122.1-2010《軌道交通機(jī)車車輛用電力變流器 第 1 部分： 特性和試驗(yàn)方法(IEC61287-1:2005, MOD)》
TB-T 2437-2006 《機(jī)車車輛用電力變流器特性和試驗(yàn)方法》
GB 156-1993 《標(biāo)準(zhǔn)電壓》
GB/T 1980-1996 《標(biāo)準(zhǔn)頻率》
GB 3797－89 《電控設(shè)備 第二部分：裝有電子器件的電控設(shè)備》
GB/T 10411-2005 《城市軌道交通直流牽引供電系統(tǒng)》
GB/T 21413.1-2008《鐵路應(yīng)用 機(jī)車車輛電氣設(shè)備第 1 部分：一般用條件和通用規(guī)則》
GB/T 10236-2003 《半導(dǎo)體變流器與供電系統(tǒng)的兼容及干擾防護(hù)導(dǎo)則》
IEC61310-1996 《機(jī)械安全、指示、標(biāo)志和操作》
GB/T 755-2008 《旋轉(zhuǎn)電機(jī) 定額和性能》
IEC 6000947-1995 《低壓開關(guān)和控制裝置》
IEC 60850 《鐵路應(yīng)用——牽引系統(tǒng)的供電電壓化》
IEC 60076-2000 《電力變壓器》
IEC 60085-1984 《電氣絕緣的耐熱評價(jià)和分級》
GB/T 3859 《半導(dǎo)體變流器》
GB/T 14549-93 《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波》
IEEE std 519-1992 《電力系統(tǒng)諧波控制（推薦實(shí)施）》
GB/T 13422-1992 《半導(dǎo)體電力變流器電氣試驗(yàn)方法》
GB/T 16927.1-1997 《高電壓試驗(yàn)技術(shù)第一部分：一般試驗(yàn)要求》
GB/T 16927.2-1997 《高電壓試驗(yàn)技術(shù) 第 2 部分 測量系統(tǒng)》
GB/T 12668 《調(diào)速電氣傳動(dòng)系統(tǒng)》
JB/T 9641-1999 《試驗(yàn)變壓器》
SJ-T 10691-1996 《變頻變壓電源通用規(guī)范》
GB-T 6451-2008 《油浸式電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求》
GB/T 17626 《電磁兼容》
GB14050-93《系統(tǒng)接地的型式及安全技術(shù)要求》
GB/T 50054-95 《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》
GB/T 50055-93 《通用用電設(shè)備配電設(shè)計(jì)規(guī)范》
GB/T 63-90 《電力裝置的電測量儀表裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》
GB/T 6738-86 《電測量指示和記錄儀表及其附件的安全要求》
2、牽引電氣傳動(dòng)電機(jī)試驗(yàn)臺引用標(biāo)準(zhǔn)及試驗(yàn)項(xiàng)目
電氣牽引系統(tǒng)試驗(yàn)
空載試驗(yàn)
低電壓、高電壓、額定電壓最大電流試驗(yàn)
堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩和堵轉(zhuǎn)電流試驗(yàn)
峰值功率試驗(yàn)
峰值扭矩試驗(yàn)
超速試驗(yàn)
工作特性曲線
啟動(dòng)試驗(yàn)
過載試驗(yàn)
系統(tǒng)效率試驗(yàn)
牽引特性試驗(yàn)
制動(dòng)特性試驗(yàn)
轉(zhuǎn)速控制精度試驗(yàn)
過電流、過電壓、欠電壓保護(hù)功能試驗(yàn)
饋電試驗(yàn)
電壓突變試驗(yàn)
斷電區(qū)試驗(yàn)
噪聲試驗(yàn)
溫升試驗(yàn)
故障保護(hù)試驗(yàn)
VVVF牽引變頻器試驗(yàn)
牽引特性試驗(yàn)
制動(dòng)特性試驗(yàn)
電壓突變試驗(yàn)
高壓區(qū)試驗(yàn)
低壓區(qū)試驗(yàn)
保護(hù)值整定試驗(yàn)
斷電區(qū)試驗(yàn)
系統(tǒng)跟隨試驗(yàn)
溫升試驗(yàn)
負(fù)載能力試驗(yàn)
牽引電機(jī)試驗(yàn)
空載試驗(yàn)
短時(shí)升高電壓試驗(yàn)
堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)
溫升試驗(yàn)
工作特性曲線及容差（電壓、電流、功率、效率、功率因數(shù)、轉(zhuǎn)矩、頻率、溫度、轉(zhuǎn)差頻率與轉(zhuǎn)速關(guān)系曲線）
超速試驗(yàn)
啟動(dòng)試驗(yàn)
過載試驗(yàn)
電機(jī)效率測試
耐電壓試驗(yàn)
振動(dòng)試驗(yàn)
噪聲試驗(yàn)
溫度傳感器檢測
軸電壓測量
二、牽引電氣傳動(dòng)電機(jī)試驗(yàn)臺需求分析
1、主電量測試指標(biāo)要求分析
該分析基于用戶方要求，綜合考慮在試驗(yàn)過程中由于過載可能出現(xiàn)的電參量幅值波動(dòng)范圍。
牽引變頻器直流側(cè)
牽引變流器額定容量1MW，最大過載輸出容量為1.8倍，DC1500V供電制式時(shí)，直流母線最高電壓至2200V（招標(biāo)文件規(guī)定的試驗(yàn)電源最高輸出電壓）、母線電流最大至1000A；
DC750V供電制式時(shí)，直流母線最高電壓至1200V（招標(biāo)文件規(guī)定的試驗(yàn)電源最高輸出電壓，母線電流最大至2000A ；
直流側(cè)測量設(shè)備的量程需要按照最高測試電壓2200V（平均值）、最大測試電流2000A、18倍的量程比進(jìn)行選型。
牽引變流器交流側(cè)
DC1500V供電制式時(shí)，牽引變頻器額定輸出電壓1050V（基波有效值），額定電流550A左右，在最大過載時(shí)（1.8倍容量）輸出電流約1000A。
DC750V供電制式時(shí)，牽引變頻器額定輸出電壓550V，額定電流約1050A，該制式下變頻器為每相雙模組或四模組輸出，每組輸出525A或265A，給兩臺或4臺牽引電機(jī)供電，即最多會(huì)有12個(gè)電流輸出通道，每通道265A。在最大過載時(shí)（1.8倍容量）輸出電流約1900A，每通道475A左右。
綜上所述，為兼容750V、1500V兩種供電制式的牽引變頻器輸出測量，需在輸出端配置12個(gè)通道的功率測量單元。每單元按電流265A，電壓1050V，允許1.8倍電流短時(shí)過載進(jìn)行配置，且同時(shí)滿足幅值在10%--180%變化范圍內(nèi)測量準(zhǔn)確度在允許值內(nèi)。
根據(jù)相關(guān)國標(biāo)、被牽引變流器技術(shù)要求和在同類工程測試實(shí)踐中得出的經(jīng)驗(yàn)參考值，被測主電量的基波頻率變化范圍為0.1~150Hz；帶寬范圍0~10kHz；功率因數(shù)范圍：0.1~1。
2、主電量測試要求歸納
| 序號 |
參量名稱 |
幅值范圍 |
基波頻率范圍 |
帶寬范圍 |
通道數(shù) |
| 牽引變流器直流側(cè) |
|
|
|
|
|
| 1 |
Udc |
0~2200V |
|
10 kHz |
1 |
|
Idc |
0~2000A |
|
|
1 |
| 牽引變流器交流側(cè) |
|
|
|
|
|
| 2 |
三相電壓 |
0～1155V（1050V*1.1） |
0.1～150Hz |
10kHz |
12 |
| 3 |
三相電流 |
0～1000A（550A*1.8） |
0.1～150Hz |
10kHz |
12 |
| 4 |
功率因數(shù)（基波功率因數(shù)） |
0.1～1 |
|
|
|
三、牽引電氣傳動(dòng)電機(jī)試驗(yàn)臺測試系統(tǒng)構(gòu)成原理圖
根據(jù)“主電量測試指標(biāo)要求分析”結(jié)果，直流試驗(yàn)電源輸出側(cè)（牽引變流器輸入）選用SP332202C型變頻功率傳感器一臺即可完成不同供電制式下所有直流參數(shù)的數(shù)據(jù)采集。其輸出數(shù)字化后光纖傳輸?shù)街锌嘏_的DH2000-2數(shù)字主機(jī)，DH2000-2通過usb口與數(shù)據(jù)采集上位機(jī)高速通訊，進(jìn)行各項(xiàng)參數(shù)的分析處理。
交流側(cè)選用SP112301C型變頻功率傳感器12臺，即可完成不同供電制式、不同模組輸出方式下（1、2、4模組輸出）變頻器輸出側(cè)三相交流電參數(shù)的數(shù)據(jù)采集。其輸出數(shù)字化后光纖傳輸?shù)街锌嘏_的兩臺WP4000功率分析儀及數(shù)據(jù)采集上位機(jī)進(jìn)行各項(xiàng)參數(shù)的分析處理。
牽引電機(jī)輸出機(jī)械率測量
本試驗(yàn)系統(tǒng)中，4臺牽引電機(jī)的機(jī)械功率由扭矩、轉(zhuǎn)速測量值運(yùn)算獲取。扭矩和轉(zhuǎn)速采用4臺扭矩、轉(zhuǎn)速傳感器進(jìn)行測量，輸出脈沖信號經(jīng)4個(gè)DM4022雙通道頻率測量模塊送入DH2000-4型數(shù)字主機(jī)的非電量擴(kuò)展接口，機(jī)械功率與電功率的測量同步性由DH2000-4與WP4000相連的同步光纖予以保證，測量數(shù)據(jù)傳送至中控臺PC2的數(shù)據(jù)采集分析軟件進(jìn)行處理，與牽引變頻器的輸入功率一起參與運(yùn)算，可得出牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)效率。
扭矩、轉(zhuǎn)速傳感器采用應(yīng)變式扭矩傳感器，以滿足扭矩動(dòng)態(tài)響應(yīng)指標(biāo)的要求。
輔助參量監(jiān)測主要包括開關(guān)狀態(tài)（閉合斷開）、設(shè)備電量信息、溫度、濕度、油壓、水壓、流量、振動(dòng)、噪聲等的監(jiān)測；輔助控制系統(tǒng)用于對試驗(yàn)線路按需配置、負(fù)載配置、冷卻系統(tǒng)控制、調(diào)壓器伺服電機(jī)控制、系統(tǒng)保護(hù)等。
本試驗(yàn)站輔助參量監(jiān)測類型豐富、監(jiān)測點(diǎn)與受控設(shè)備數(shù)量較多，空間分布位置離散，現(xiàn)場電磁環(huán)境復(fù)雜，從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可靠性、穩(wěn)定性原則考慮，宜采用DCS型測控系統(tǒng)，選用DMC300分布式測控系統(tǒng)。
牽引電氣傳動(dòng)電機(jī)試驗(yàn)臺試驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)成原理圖
牽引電氣傳動(dòng)電機(jī)試驗(yàn)臺測控系統(tǒng)構(gòu)成原理圖
四、牽引電氣傳動(dòng)電機(jī)試驗(yàn)臺系統(tǒng)測試設(shè)備選型
根據(jù)“主電量測試指標(biāo)要求分析”結(jié)果，直流試驗(yàn)電源輸出側(cè)（牽引變流器輸入）選用SP332202C型變頻功率傳感器一臺即可完成不同供電制式下所有直流參數(shù)的數(shù)據(jù)采集。其輸出數(shù)字化后光纖傳輸?shù)街锌嘏_的DH2000-2數(shù)字主機(jī)，DH2000-2通過usb口與數(shù)據(jù)采集上位機(jī)高速通訊，進(jìn)行各項(xiàng)參數(shù)的分析處理。
交流側(cè)選用SP112301C型變頻功率傳感器12臺，即可完成不同供電制式、不同模組輸出方式下（1、2、4模組輸出）變頻器輸出側(cè)三相交流電參數(shù)的數(shù)據(jù)采集。其輸出數(shù)字化后光纖傳輸?shù)街锌嘏_的兩臺WP4000功率分析儀及數(shù)據(jù)采集上位機(jī)進(jìn)行各項(xiàng)參數(shù)的分析處理。
設(shè)備參數(shù)表：
| 序號 |
設(shè)備名稱 |
用途 |
技術(shù)參數(shù) |
數(shù)量 |
| 1 |
SP332202C |
牽引變頻器直流測試 |
3300V/2000A |
1 |
| 2 |
SP112301C |
牽引變流器交流測試 |
1140V/300A |
12 |
| 3 |
DM4022 |
牽引電機(jī)機(jī)械功率測量 |
0.1—50kHz |
4 |
| 4 |
動(dòng)態(tài)扭矩傳感器 |
牽引電機(jī)扭矩轉(zhuǎn)速測量 |
0.2%F.S |
4 |
| 5 |
WP4000-6功率分析儀 |
牽引變流器交流測試 |
6功率通道 |
2 |
| 6 |
DH2000-4數(shù)字主機(jī) |
牽引變頻器直流測試；牽引電機(jī)機(jī)械功率測量 |
4通道 |
1 |
| 7 |
DM4103-1 |
加載回饋功率測試 |
1000V/1A |
4 |
| 8 |
LT505-S |
陪試變頻器機(jī)側(cè)電流測量 |
Iem 500A |
4 |
| 9 |
DM4031 |
溫度測量 |
-40℃~400℃ |
4 |
| 10 |
DM4032 |
溫度測量 |
-40℃~400℃ |
4 |
| 11 |
DM4105-1 |
三相交流電壓測量 |
0.5V~120V |
5 |
| 12 |
DM4105-2 |
三相交流電壓測量 |
4V~1000V |
7 |
| 13 |
DM4107-2 |
三相交流電流測量 |
25mA—6A |
12 |
| 14 |
DM4101-3 |
制動(dòng)電阻電流測量 |
1mV~250mV |
1 |
| 15 |
2000A分流器 |
制動(dòng)電阻電流測量 |
輸出0-75mV |
1 |
| 16 |
DM4041 |
4-20mA測試 |
4通道，4—20mA |
4 |
| 17 |
DM4042 |
4-20mA測試 |
8通道，4—20mA |
1 |
| 18 |
DC0602 |
開關(guān)量測控 |
6輸入，2輸出 |
13 |
| 19 |
DMC300數(shù)字主機(jī) |
分布式測控主機(jī) |
|
2 |
五、牽引電氣傳動(dòng)電機(jī)試驗(yàn)臺測試系統(tǒng)特點(diǎn)簡述
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