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牵引电气传动电机试验台测试系统解决方案

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  • 发布时间:2014/6/26 10:13:02
  • 作者:hb_yinhe

  牵引电气传动电机试验台一套集测量技术、自动控制技术、计算机技术、电机检测技术、电力电子技术等于一体的轨道交通牵引系统检测的综合性试验台,总体包括电气牵引系统试验、VVVF牵引变频器试验、牵引电机试验三个部分,整个试验按照国家标准进行,可以形象逼真的模拟整个牵引及制动负载系统,有效解决了我国轨道交通牵引系统的试验瓶颈问题。

一、牵引电气传动电机试验台引用标准及试验项目

1、牵引电气传动电机试验台引用标准

  IEC 61377-1996《电力牵引-机车车辆-逆变器供电的交流电动机及其控制系统的综合试验》
  GB/T 25122.1-2010《轨道交通机车车辆用电力变流器 第 1 部分: 特性和试验方法(IEC61287-1:2005, MOD)》
  TB-T 2437-2006 《机车车辆用电力变流器特性和试验方法》
  GB 156-1993 《标准电压》
  GB/T 1980-1996 《标准频率》
  GB 3797-89 《电控设备 第二部分:装有电子器件的电控设备》
  GB/T 10411-2005 《城市轨道交通直流牵引供电系统》
  GB/T 21413.1-2008《铁路应用 机车车辆电气设备第 1 部分:一般用条件和通用规则》
  GB/T 10236-2003 《半导体变流器与供电系统的兼容及干扰防护导则》
  IEC61310-1996 《机械安全、指示、标志和操作》
  GB/T 755-2008 《旋转电机 定额和性能》
  IEC 6000947-1995 《低压开关和控制装置》
  IEC 60850 《铁路应用——牵引系统的供电电压化》
  IEC 60076-2000 《电力变压器》
  IEC 60085-1984 《电气绝缘的耐热评价和分级》
  GB/T 3859 《半导体变流器》
  GB/T 14549-93 《电能质量 公用电网谐波》
  IEEE std 519-1992 《电力系统谐波控制(推荐实施)》
  GB/T 13422-1992 《半导体电力变流器电气试验方法》
  GB/T 16927.1-1997 《高电压试验技术第一部分:一般试验要求》
  GB/T 16927.2-1997 《高电压试验技术 第 2 部分 测量系统》
  GB/T 12668 《调速电气传动系统》
  JB/T 9641-1999 《试验变压器》
  SJ-T 10691-1996 《变频变压电源通用规范》
  GB-T 6451-2008 《油浸式电力变压器技术参数和要求》
  GB/T 17626 《电磁兼容》
  GB14050-93《系统接地的型式及安全技术要求》
  GB/T 50054-95 《低压配电设计规范》
  GB/T 50055-93 《通用用电设备配电设计规范》
  GB/T 63-90 《电力装置的电测量仪表装置设计规范》
  GB/T 6738-86 《电测量指示和记录仪表及其附件的安全要求》

2、牵引电气传动电机试验台引用标准及试验项目

电气牵引系统试验

  空载试验 
  低电压、高电压、额定电压最大电流试验 
  堵转转矩和堵转电流试验 
  峰值功率试验 
  峰值扭矩试验 
  超速试验 
  工作特性曲线 
  启动试验 
  过载试验 
  系统效率试验 
  牵引特性试验
  制动特性试验
  转速控制精度试验 
  过电流、过电压、欠电压保护功能试验 
  馈电试验 
  电压突变试验 
  断电区试验
  噪声试验 
  温升试验 
  故障保护试验

VVVF牵引变频器试验

  牵引特性试验 
  制动特性试验 
  电压突变试验 
  高压区试验 
  低压区试验 
  保护值整定试验 
  断电区试验 
  系统跟随试验 
  温升试验 
  负载能力试验

牵引电机试验

  空载试验 
  短时升高电压试验 
  堵转试验 
  温升试验 
  工作特性曲线及容差(电压、电流、功率、效率、功率因数、转矩、频率、温度、转差频率与转速关系曲线) 
  超速试验 
  启动试验 
  过载试验 
  电机效率测试 
  耐电压试验 
  振动试验 
  噪声试验 
  温度传感器检测 
  轴电压测量

二、牵引电气传动电机试验台需求分析

1、主电量测试指标要求分析

  该分析基于用户方要求,综合考虑在试验过程中由于过载可能出现的电参量幅值波动范围。

牵引变频器直流侧

  牵引变流器额定容量1MW,最大过载输出容量为1.8倍,DC1500V供电制式时,直流母线最高电压至2200V(招标文件规定的试验电源最高输出电压)、母线电流最大至1000A; 
DC750V供电制式时,直流母线最高电压至1200V(招标文件规定的试验电源最高输出电压,母线电流最大至2000A ; 
  直流侧测量设备的量程需要按照最高测试电压2200V(平均值)、最大测试电流2000A、18倍的量程比进行选型。

牵引变流器交流侧

  DC1500V供电制式时,牵引变频器额定输出电压1050V(基波有效值),额定电流550A左右,在最大过载时(1.8倍容量)输出电流约1000A。
  DC750V供电制式时,牵引变频器额定输出电压550V,额定电流约1050A,该制式下变频器为每相双模组或四模组输出,每组输出525A或265A,给两台或4台牵引电机供电,即最多会有12个电流输出通道,每通道265A。在最大过载时(1.8倍容量)输出电流约1900A,每通道475A左右。
综上所述,为兼容750V、1500V两种供电制式的牵引变频器输出测量,需在输出端配置12个通道的功率测量单元。每单元按电流265A,电压1050V,允许1.8倍电流短时过载进行配置,且同时满足幅值在10%--180%变化范围内测量准确度在允许值内。
  根据相关国标、被牵引变流器技术要求和在同类工程测试实践中得出的经验参考值,被测主电量的基波频率变化范围为0.1~150Hz;带宽范围0~10kHz;功率因数范围:0.1~1。

2、主电量测试要求归纳

 

序号 参量名称 幅值范围 基波频率范围 带宽范围 通道数
牵引变流器直流侧          
1 Udc 0~2200V 10 kHz 
Idc 0~2000A   1
牵引变流器交流侧    
三相电压  0~1155V(1050V*1.1)  0.1~150Hz  10kHz  12 
三相电流  0~1000A(550A*1.8)  0.1~150Hz  10kHz  12 
功率因数(基波功率因数)  0.1~1       

三、牵引电气传动电机试验台测试系统构成原理图

  根据“主电量测试指标要求分析”结果,直流试验电源输出侧(牵引变流器输入)选用SP332202C型变频功率传感器一台即可完成不同供电制式下所有直流参数的数据采集。其输出数字化后光纤传输到中控台的DH2000-2数字主机,DH2000-2通过usb口与数据采集上位机高速通讯,进行各项参数的分析处理。
  交流侧选用SP112301C型变频功率传感器12台,即可完成不同供电制式、不同模组输出方式下(1、2、4模组输出)变频器输出侧三相交流电参数的数据采集。其输出数字化后光纤传输到中控台的两台WP4000功率分析仪及数据采集上位机进行各项参数的分析处理。
牵引电机输出机械率测量
  本试验系统中,4台牵引电机的机械功率由扭矩、转速测量值运算获取。扭矩和转速采用4台扭矩、转速传感器进行测量,输出脉冲信号经4个DM4022双通道频率测量模块送入DH2000-4型数字主机的非电量扩展接口,机械功率与电功率的测量同步性由DH2000-4与WP4000相连的同步光纤予以保证,测量数据传送至中控台PC2的数据采集分析软件进行处理,与牵引变频器的输入功率一起参与运算,可得出牵引传动系统的实时效率。
  扭矩、转速传感器采用应变式扭矩传感器,以满足扭矩动态响应指标的要求。
辅助参量监测主要包括开关状态(闭合断开)、设备电量信息、温度、湿度、油压、水压、流量、振动、噪声等的监测;辅助控制系统用于对试验线路按需配置、负载配置、冷却系统控制、调压器伺服电机控制、系统保护等。
  本试验站辅助参量监测类型丰富、监测点与受控设备数量较多,空间分布位置离散,现场电磁环境复杂,从系统设计的可靠性、稳定性原则考虑,宜采用DCS型测控系统,选用DMC300分布式测控系统。
牵引电气传动电机试验台试验系统构成原理图
牵引电气传动电机试验台试验系统构成原理图

牵引电气传动电机试验台测控系统构成原理图
牵引电气传动电机试验台测控系统构成原理图

四、牵引电气传动电机试验台系统测试设备选型

  根据“主电量测试指标要求分析”结果,直流试验电源输出侧(牵引变流器输入)选用SP332202C型变频功率传感器一台即可完成不同供电制式下所有直流参数的数据采集。其输出数字化后光纤传输到中控台的DH2000-2数字主机,DH2000-2通过usb口与数据采集上位机高速通讯,进行各项参数的分析处理。
  交流侧选用SP112301C型变频功率传感器12台,即可完成不同供电制式、不同模组输出方式下(1、2、4模组输出)变频器输出侧三相交流电参数的数据采集。其输出数字化后光纤传输到中控台的两台WP4000功率分析仪及数据采集上位机进行各项参数的分析处理。
设备参数表:
 
序号 设备名称 用途 技术参数 数量 
1 SP332202C 牵引变频器直流测试 3300V/2000A
2 SP112301C  牵引变流器交流测试  1140V/300A  12 
DM4022  牵引电机机械功率测量  0.1—50kHz 
动态扭矩传感器  牵引电机扭矩转速测量  0.2%F.S 
WP4000-6功率分析仪  牵引变流器交流测试  6功率通道 
DH2000-4数字主机  牵引变频器直流测试;牵引电机机械功率测量  4通道 
DM4103-1  加载回馈功率测试  1000V/1A 
LT505-S  陪试变频器机侧电流测量  Iem   500A 
DM4031  温度测量  -40℃~400℃ 
10  DM4032  温度测量  -40℃~400℃ 
11 DM4105-1 三相交流电压测量 0.5V~120V
12 DM4105-2 三相交流电压测量 4V~1000V
13 DM4107-2  三相交流电流测量  25mA—6A  12 
14 DM4101-3 制动电阻电流测量 1mV~250mV
15  2000A分流器  制动电阻电流测量  输出0-75mV 
16  DM4041  4-20mA测试  4通道,4—20mA 
17  DM4042  4-20mA测试  8通道,4—20mA 
18  DC0602  开关量测控  6输入,2输出  13 
19  DMC300数字主机  分布式测控主机   

五、牵引电气传动电机试验台测试系统特点简述

  牵引电气传动电机试验台测试系统采用的是WP4000变频功率分析仪和DMC300分布式测控系统,其特点参考WP4000变频功率分析仪的特点DMC300分布式测控系统