牽引電氣傳動(dòng)電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)測(cè)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(tái)一套集測(cè)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(cè)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(cè)的綜合性試驗(yàn)臺(tái)，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(guó)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(guó)軌道交通牽引系統(tǒng)的試驗(yàn)瓶頸問(wèn)題。
一、牽引電氣傳動(dòng)電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)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(tái)引用標(biāo)準(zhǔn)
IEC 61377-1996《電力牽引-機(jī)車(chē)車(chē)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(chē)車(chē)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(chē)車(chē)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(chē)車(chē)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(kāi)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(píng)價(jià)和分級(jí)》
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(cè)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(cè)量?jī)x表裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》
GB/T 6738-86 《電測(cè)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(tái)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(xiàn)
啟動(dòng)試驗(yàn)
過(guò)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(guò)電流、過(guò)電壓、欠電壓保護(hù)功能試驗(yàn)
饋電試驗(yàn)
電壓突變?cè)囼?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?cè)囼?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(xiàn)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(xiàn)）
超速試驗(yàn)
啟動(dòng)試驗(yàn)
過(guò)載試驗(yàn)
電機(jī)效率測(cè)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(cè)
軸電壓測(cè)量
二、牽引電氣傳動(dòng)電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)需求分析
1、主電量測(cè)試指標(biāo)要求分析
該分析基于用戶(hù)方要求，綜合考慮在試驗(yàn)過(guò)程中由于過(guò)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(guò)載輸出容量為1.8倍，DC1500V供電制式時(shí)，直流母線(xiàn)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(xiàn)電流最大至1000A；
DC750V供電制式時(shí)，直流母線(xiàn)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(xiàn)電流最大至2000A ；
直流側(cè)測(cè)量設(shè)備的量程需要按照最高測(cè)試電壓2200V（平均值）、最大測(cè)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(guò)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(tái)或4臺(tái)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(guò)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(cè)量，需在輸出端配置12個(gè)通道的功率測(cè)量單元。每單元按電流265A，電壓1050V，允許1.8倍電流短時(shí)過(guò)載進(jìn)行配置，且同時(shí)滿(mǎn)足幅值在10%--180%變化范圍內(nèi)測(cè)量準(zhǔn)確度在允許值內(nèi)。
根據(jù)相關(guān)國(guó)標(biāo)、被牽引變流器技術(shù)要求和在同類(lèi)工程測(cè)試實(shí)踐中得出的經(jīng)驗(yàn)參考值，被測(cè)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(cè)試要求歸納
| 序號(hào) |
參量名稱(chēng) |
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(tái)測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)成原理圖
根據(jù)“主電量測(cè)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(tái)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_(tái)的DH2000-2數(shù)字主機(jī)，DH2000-2通過(guò)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(tái)，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_(tái)的兩臺(tái)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(cè)量
本試驗(yàn)系統(tǒng)中，4臺(tái)牽引電機(jī)的機(jī)械功率由扭矩、轉(zhuǎn)速測(cè)量值運(yùn)算獲取。扭矩和轉(zhuǎn)速采用4臺(tái)扭矩、轉(zhuǎn)速傳感器進(jìn)行測(cè)量，輸出脈沖信號(hào)經(jīng)4個(gè)DM4022雙通道頻率測(cè)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(cè)量同步性由DH2000-4與WP4000相連的同步光纖予以保證，測(cè)量數(shù)據(jù)傳送至中控臺(tái)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(mǎn)足扭矩動(dòng)態(tài)響應(yīng)指標(biāo)的要求。
輔助參量監(jiān)測(cè)主要包括開(kāi)關(guān)狀態(tài)（閉合斷開(kāi)）、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(cè)；輔助控制系統(tǒng)用于對(duì)試驗(yàn)線(xiàn)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(cè)類(lèi)型豐富、監(jiān)測(cè)點(diǎn)與受控設(shè)備數(shù)量較多，空間分布位置離散，現(xiàn)場(chǎng)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(cè)控系統(tǒng)，選用DMC300分布式測(cè)控系統(tǒng)。
牽引電氣傳動(dòng)電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)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(tái)測(cè)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(tái)系統(tǒng)測(cè)試設(shè)備選型
根據(jù)“主電量測(cè)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(tái)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_(tái)的DH2000-2數(shù)字主機(jī)，DH2000-2通過(guò)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(tái)，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_(tái)的兩臺(tái)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(hào) |
設(shè)備名稱(chēng) |
用途 |
技術(shù)參數(shù) |
數(shù)量 |
| 1 |
SP332202C |
牽引變頻器直流測(cè)試 |
3300V/2000A |
1 |
| 2 |
SP112301C |
牽引變流器交流測(cè)試 |
1140V/300A |
12 |
| 3 |
DM4022 |
牽引電機(jī)機(jī)械功率測(cè)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(cè)量 |
0.2%F.S |
4 |
| 5 |
WP4000-6功率分析儀 |
牽引變流器交流測(cè)試 |
6功率通道 |
2 |
| 6 |
DH2000-4數(shù)字主機(jī) |
牽引變頻器直流測(cè)試；牽引電機(jī)機(jī)械功率測(cè)量 |
4通道 |
1 |
| 7 |
DM4103-1 |
加載回饋功率測(cè)試 |
1000V/1A |
4 |
| 8 |
LT505-S |
陪試變頻器機(jī)側(cè)電流測(cè)量 |
Iem 500A |
4 |
| 9 |
DM4031 |
溫度測(cè)量 |
-40℃~400℃ |
4 |
| 10 |
DM4032 |
溫度測(cè)量 |
-40℃~400℃ |
4 |
| 11 |
DM4105-1 |
三相交流電壓測(cè)量 |
0.5V~120V |
5 |
| 12 |
DM4105-2 |
三相交流電壓測(cè)量 |
4V~1000V |
7 |
| 13 |
DM4107-2 |
三相交流電流測(cè)量 |
25mA—6A |
12 |
| 14 |
DM4101-3 |
制動(dòng)電阻電流測(cè)量 |
1mV~250mV |
1 |
| 15 |
2000A分流器 |
制動(dòng)電阻電流測(cè)量 |
輸出0-75mV |
1 |
| 16 |
DM4041 |
4-20mA測(cè)試 |
4通道，4—20mA |
4 |
| 17 |
DM4042 |
4-20mA測(cè)試 |
8通道，4—20mA |
1 |
| 18 |
DC0602 |
開(kāi)關(guān)量測(cè)控 |
6輸入，2輸出 |
13 |
| 19 |
DMC300數(shù)字主機(jī) |
分布式測(cè)控主機(jī) |
|
2 |
五、牽引電氣傳動(dòng)電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試系統(tǒng)特點(diǎn)簡(jiǎn)述
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