GB/T 25122.4-2018 轨道交通 机车车辆用电力变流器 第4部分：电动车组牵引变流器

　　ICS 29 . 280 S 35

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 25122 . 4—2018

　　轨道交通 机车车辆用电力变流器第 4 部分：电动车组牵引变流器

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　　part4：TractionconverterforEMU

　　2018-12-28 发布 2019-07-01 实施

　　国家市场监督管理总局中国国家标准化管理委员会

　　发

　　布

　　GB/T 25122 . 4—2018

　　GB/T 25122 . 4—2018

　　前 言

　　GB/T 25122《轨道交通 机车车辆用电力变流器》分为 5 个部分：

　　— 第 1 部分：特性和试验方法;

　　— 第 2 部分：补充技术资料;

　　— 第 3 部分：机车牵引变流器;

　　— 第 4 部分：电动车组牵引变流器;

　　— 第 5 部分：城轨车辆牵引变流器。

　　本部分为 GB/T 25122 的第 4 部分。

　　本部分按照 GB/T 1 . 1—2009 给出的规则起草。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利。 本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。

　　本部分由国家铁路局提出。

　　本部分由全国牵引电气设备与系统标准化技术委员会(SAC/TC 278)归口 。

　　本部分负责起草单位：中车株洲电力机车研究所有限公司。

　　本部分参加起草单位：中国铁道科学研究院机车车辆研究所、中车永济电机有限公司、中车青岛四方车辆研究所有限公司、中车青岛四方机车车辆股份有限公司。

　　本部分主要起草人：冯江华、刘大。

　　本部分参加起草人：吴强、宋术全、管俊青、曹虎、吴冬华。

　　GB/T 25122 . 4—2018

　　轨道交通 机车车辆用电力变流器

　　第 4 部分：电动车组牵引变流器

　　1 范围

　　GB/T 25122 的本部分规定了电动车组用牵引变流器的使用条件、系统构成、主要参数、技术要求、检验方法、检验规则、标志、包装、运输和贮存。

　　本部分适用于电动车组牵引变流器(以下简称变流器)，其他类似用途的牵引变流器可参照执行。本部分不适用于城轨车辆用牵引变流器。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的。 凡是注 日期的引用文件，仅注 日期的版本适用于本文件 。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

　　GB/T 1402—2010 轨道交通 牵引供电系统电压

　　GB/T 2423 . 1—2008 电工电子产品环境试验 第 2 部分：试验方法 试验 A：低温

　　GB/T 2423 . 2—2008 电工电子产品环境试验 第 2 部分：试验方法 试验 B：高温

　　GB/T 2423 . 4—2008 电工电子产品环境试验 第 2 部分：试验方法 试验 Db：交变湿热(12 h+ 12 h循环)

　　GB/T 2423 . 17 电工电子产品环境试验 第 2 部分：试验方法 试验 Ka：盐雾

　　GB/T 2900 . 32 电工术语 电力半导体器件

　　GB/T 2900 . 33 电工术语 电力电子技术

　　GB/T 4208—2017 外壳防护等级(IP代码)

　　GB/T 21413 . 1—2008 铁路应用 机车车辆电气设备 第 1 部分：一般使用条件和通用规则GB/T 21414 铁路应用 机车车辆 电气隐患防护的规定

　　GB/T 21563—2018 轨道交通 机车车辆设备 冲击和振动试验

　　GB/T 24338 . 4—2018 轨道交通 电磁兼容 第 3-2 部分：机车车辆 设备

　　GB/T 25119—2010 轨道交通 机车车辆电子装置

　　GB/T 25122 . 1—2018 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

　　GB/T 25343 . 3 铁路应用 轨道车辆及其零部件的焊接 第 3 部分：设计要求

　　GB/T 32350 . 1—2015 轨道交通 绝缘配合 第 1 部分：基本要求 电工电子设备的电气间隙和爬电距离

　　GB/T 34571 轨道交通 机车车辆布线规则

　　TB/T 1484 . 1 机车车辆电缆 第 1 部分：动力和控制电缆

　　TB/T 1484 . 3 机车车辆电缆 第 3 部分：通信电缆

　　TB/T 1508 机车电气屏柜

　　3 术语和定义

　　GB/T 2900 . 32、GB/T 2900 . 33、GB/T 25122 . 1—2018 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

　　GB/T 25122 . 4—2018

　　3.1

　　主辅-体变流器 tractionconverterintegratedwithauxiliaryconverter

　　将牵引变流器和辅助变流器集成在一个箱体且共用中间直流回路的变流器。

　　注：主辅一体变流器可以根据车辆配置实际情况，选择将充电机、冷却系统集成到变流器于一体。

　　3.2

　　功率模块 powermodule

　　在电力变流器中，将功率半导体器件、散热器、驱动单元、电容器等部件(也可以是其中的部分部件)组合在一起，能够实现 AC-DC、DC-DC、DC-AC变换的一体化部件。

　　4 使用条件

　　4 . 1 环境条件

　　变流器在以下环境条件下应能正常工作：

　　a) 海拔不超过 1 500 m ;

　　b) 大气环境温度为-25 ℃ ~+40 ℃;工作环境温度为- 25 ℃ ~ +40 ℃;存储温度为-40 ℃ ~ +70 ℃ ;

　　c) 相对湿度不超过 95%(该月月平均最低温度为 25 ℃ ) ;

　　d) 应能承受使用时的冲击和振动而无损坏或故障，符合 GB/T 21563—2018 中 1 类 A 级冲击和振动条件;

　　e) 安装于动车组车底或其他位置，应能承受电动车组正常运行时的风、雨、雪、沙尘天气和偶尔发生的盐雾、酸雨等现象。

　　当变流器使用环境条件超出上述条件时，由供需双方协商确定。

　　4 . 2 电气条件

　　4.2. 1 标称电网电压为单相 AC25 kV/50 Hz,应满足 GB/T 1402—2010 中第 4 章规定，其中最高非持续电压不大于 AC 31 kV。

　　4 . 2 . 2 辅助电压额定值为三相 AC380 V/50 Hz,特殊要求由供需双方协商确定，稳态电压波动范围为±5%;电压总谐波含量应小于或等于 5%。

　　4 . 2 . 3 控制电源宜选取 DC110 V,控制电源电压应满足 GB/T 25119—2010 的要求。

　　4 . 2 . 4 如变流器包含多种制式供电，各输入电压特性均应满足 GB/T 1402—2010 的规定。

　　5 系统构成

　　5 . 1 概述

　　变流器一般有两种类型：不含辅助变流器的牵引变流器和主辅一体变流器。

　　5 . 2 不含辅助变流器的牵引变流器

　　主要实现牵引变压器向牵引电机的交-直-交电力电子变换，完成对各种牵引电机起控制和调节作用，从而控制动车组的运行。 主要包括预充电电路、四象限脉冲整流器、中间直流电路、PWM 逆变器、牵引控制单元(TCU)、电压电流检测电路、固定放电及快速放电电路及冷却系统。 其中冷却系统根据实际需求可以作为单独部件独立于变流器。 其典型系统构成如图 1 所示。

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　　图 1 不含辅助变流器的牵引变流器系统示意图

　　5 . 3 主辅一体变流器

　　除了实现牵引变压器向牵引电机的交-直-交电力电子变换，完成对各种牵引电机控制和调节作用，从而控制动车组的运行之外，还为动车组提供辅助电源。 除包括图 1 所有部件以外，还包括辅助逆变功率模块、辅助变压器、辅助滤波电路等辅助变流器部件。 根据整车电气系统配置实际需求，还可将充电机集成于变流器内。 其典型系统构成如图 2 所示。

　　图 2 主辅一体牵引变流器系统示意图

　　6 主要参数

　　6 . 1 输入特性参数

　　6. 1 . 1 变流器输入为 50 Hz单相交流电，输入电压特性应符合 GB/T 25122.1—2018 中 4.2.7.2 的规定。

　　6 . 1 . 2 额定交流输入电压由系统设计和负载的输出特性决定，由供需双方协商确定，宜选取单相AC950 V、AC1 900 V。

　　6 . 1 . 3 若变流器有直流供电条件，其直流输入电压宜选取 DC1 500 V、DC3 000 V。

　　GB/T 25122 . 4—2018

　　6 . 1 . 4 牵引绕组短路阻抗一般由供需双方协商确定，宜大于 33%。

　　6 . 2 中间直流电压

　　变流器中间直流电压宜选用 DC1 800 V、DC3 600 V。

　　6 . 3 输出特性参数

　　6 . 3 . 1 变流器输出电压、电流、频率应满足牵引特性的要求。

　　6 . 3 . 2 如变流器为主辅一体变流器，辅助变流器输出容量应满足整车辅助系统要求，输出电压宜选用三相 AC380 V/50 Hz,稳态电压偏差范围应控制在± 5% 以 内，电压总谐波含量(THD) 应小于或等于 5% 。

　　6 . 3 . 3 如主辅一体变流器包含充电机单元，充电机输出功率应满足整车需求，输出电压宜选用 DC110 V,直流纹波因数应符合 GB/T 25119—2010 中 5 . 1 的要求。

　　7 技术要求

　　7 . 1 -般要求

　　7 . 1 . 1 柜体的外观、电气和机械接口、外形尺寸、重量、美工要求等由供需双方协商确定。

　　7 . 1 . 2 外壳应至少设置 2 个保护性接地连接点且应有接地标识。

　　7 . 1 . 3 应设置高压、有电等安全警告标识，电气安全应符合 GB/T 21414 的规定。

　　7 . 1 . 4 非金属材料应采用无卤、低烟、阻燃的材料。

　　7 . 1 . 5 电子元器件宜采用环保器件，其装配宜采用无铅焊接工艺。

　　7 . 1 . 6 使用的电缆应符合 TB/T 1484 . 1 和 TB/T 1484 . 3 的规定。

　　7 . 1 . 7 柜体如采用焊接结构，应符合 GB/T 25343 . 3 的规定，如有特殊要求，由供需双方协商确定。

　　7 . 1 . 8 结构、组装等应符合 TB/T 1508 中的有关规定。

　　7 . 1 . 9 布线应符合 GB/T 34571 的规定。

　　7 . 1 . 10 所有 M8 及以上规格的紧固件紧固后应打防松标记。 紧固件选用应根据使用条件满足防锈、防腐蚀等要求。

　　7 . 1 . 1 1 部件应尽可能模块化设计，部件应方便维护。

　　7 . 1 . 12 若变流器为车下安装，还应满足以下要求：

　　a) 门及盖板应采用防脱落设计;

　　b ) 外壳应耐腐蚀，裸露部分能防砾石;

　　c) 对外控制连接器防护等级不低于 IP67 。

　　7 . 1 . 13 密闭部分的防护等级应满足 GB/T 4208—2017 中 IP54 或以上的要求，非密闭部分的防护等级不应低于 IP20 的要求。

　　7 . 2 功能要求

　　7 . 2 . 1 应能在空载、轻载及额定负载下正常工作并具有过载能力。

　　7 . 2 . 2 应至少具有缺相、短路、过压、欠压、过流、接地和过热等保护功能。

　　7 . 2 . 3 变流器内部电力电容器固定放电至安全电压时间应小于 30 min,快速放电时间宜小于 1 s。

　　7 . 2 . 4 应具有故障记录功能并具有故障数据下载接 口，该通信接口可实现变流器故障数据的下载、转储，下载的故障数据可用于软件分析。

　　7 . 2 . 5 应具有通信功能，可实现与整车网络进行互联，也可通过硬线信号与列车控制系统进行信息交互。

　　7 . 2 . 6 在再生制动时可将制动能量回馈电网。

　　GB/T 25122 . 4—2018

　　7 . 2 . 7 宜具备无火回送供电能力。

　　7 . 2 . 8 主辅一体变流器中辅助变流器还应具有：

　　a) 承受电机类负载突加、突切的能力;

　　b ) 过分相区时持续供电功能;

　　c) 短路保护的能力及短路承受的能力;

　　d) 并联供电的能力(如有要求);

　　e) 正常启动与重新启动能力，启动条件由制造商和用户商定。

　　7 . 3 性能要求

　　7 . 3 . 1 在额定工况下，变流器效率(除辅助电路和控制电路外)不应低于 96%。

　　7 . 3 . 2 网压波动适应性宜采用以下要求，功率发挥曲线见图 3 :

　　a) 网压在 22 . 5 kV~29 kV 间，变流器输出功率不受限制;

　　b ) 网压在 22 . 5 kV~19 kV 间，变流器输出功率线性下降至额定功率的 84% ;

　　c) 网压在 19 kV~17 . 5 kV 间，变流器输出功率线性下降至零;

　　d) 网压在 29 kV~31 kV 间，变流器输出功率从额定功率线性下降至零;

　　e) 网压大于 17 . 5 kV且小于 31 kV 时，可为中间电压取流的辅助变流器提供功率;

　　f) 网压在 29 kV~30 kV 间，变流器再生功率从额定功率线性下降至零。

　　a)牵引工况网压功率发挥曲线

　　b)制动工况网压功率发挥曲线

　　图 3 不同电压的功率发挥曲线

　　GB/T 25122 . 4—2018

　　7 . 3 . 3 变流器各部件的温升应满足 GB/T 21413 . 1—2008 中 8 . 2 . 2 的要求。

　　7 . 3 . 4 绝缘性能满足以下要求：

　　a) 绝缘电阻值应符合 GB/T 25122.1—2018 中 4.5.3.8 的规定;

　　b ) 电气间隙和爬电距离应符合 GB/T 32350 . 1—2015 的规定;

　　c) 各部件应具有良好的绝缘性能，各电路应能承受 GB/T 32350 . 1—2015 中表 B. 1 规定的耐受电压。

　　7 . 3 . 5 变流器的电磁兼容性能应符合 GB/T 24338 . 4—2018 所规定的限值要求，具体要求见表 1 。

　　表 1 电磁兼容性能

　　7 . 3 . 6 噪声应满足整车规定的要求，按 GB/T 25122 . 1—2018 中 4 . 2 . 10 . 1 由供需双方协商确定噪声等级。

　　7 . 3 . 7 若变流器在长期持续盐雾环境下使用，盐雾性能应满足 GB/T 2423 . 17 的要求，严酷等级由供需双方协商确定。

　　7 . 3 . 8 若变流器的主电路中存在并联供电组件的结构形式，应考虑并联组件的电流分配，具体的允差范围由供需双方协商确定。

　　7 . 3 . 9 网侧电流谐波含量、等效干扰电流和功率因数应满足整车牵引系统要求。

　　7 . 3 . 10 多重牵引绕组供电的变流器应采用载波移相控制技术。

　　7 . 4 冷却系统要求

　　7 . 4 . 1 风冷变流器冷却系统可包括冷却风机、散热器，进风口可设置过滤装置且过滤装置应易于拆装

　　GB/T 25122 . 4—2018

　　和维护。

　　7 . 4 . 2 水冷变流器冷却系统一般包括冷却风机、水泵、热交换器、膨胀水箱，应符合以下条件：

　　a) 冷却系统可设置温度、压力、流量和液位检测装置;

　　b ) 冷却系统的冷却介质为水和防冻液的混合体;

　　c) 冷却水路应密封良好，不应有漏液现象;

　　d) 冷却系统进风口可设置过滤装置且过滤装置应易于拆装和维护。

　　7 . 4 . 3 冷却系统应考虑整车运用环境，当有效进风面积减少 15%时应仍能满足变流器在额定功率运用下的冷却能力要求。

　　8 检验方法

　　8 . 1 概述

　　变流器除按 GB/T 25122 . 1—2018 中 4 . 5 . 3 规定的检验方法进行试验外，还应按 8 . 2 ~8 . 8 进行试

　　验，如为主辅一体变流器，辅助变流器部分还应按 GB/T 25122 . 1—2018 中 7 . 5 进行附加试验，如主辅一体变流器包含充电机功能，应按 8 . 9 进行充电机附加试验。

　　8 . 2 绝缘电阻试验

　　在介电强度试验前后，分别测量主电路、辅助电路、控制电路对地以及主电路对辅助电路、控制电路之间的绝缘电阻值。

　　8 . 3 额定负载试验

　　验证辅助逆变器额定输出功率，仅适用于主辅一体变流器。

　　采用电机或阻抗负载模拟实际负载，辅助逆变器输出功率应与规定条件下(瞬态和稳态)要求的 一致，则认为试验合格。

　　8 . 4 高温试验

　　8 . 4 . 1 高温启动试验

　　将变流器置于 70 ℃环境中，温度稳定后存放 16 h。 在额定输入条件下，按 GB/T 2423 . 2—2008 中5 . 3 进行，启动变流器，变流器应工作正常，负载等级按 GB/T 25122 . 1—2018 的表 1 选取。

　　8 . 4 . 2 高温运行试验

　　将变流器置于 40 ℃环境中，温度稳定或存放不小于 2 h,启动变流器，调节给定，使变流器输出额定电流，让变流器工作 6 h,期间变流器应工作正常。

　　8 . 5 低温试验

　　按 GB/T 2423 . 1—2008 中 5 . 3 进行。 将变流器放置在温度为-40 ℃环境箱内，待环境箱温度稳定后，存放不少于 16 h;然后将温度调至 -25 ℃,待温度稳定后，在保持低温状态下启动变流器，使其运行在额定工况下，变流器应无任何损坏，工作正常。

　　试验完成后，待变流器恢复至室温，启动变流器，使其运行在额定工况下，变流器应无任何损坏，工作正常。

　　GB/T 25122 . 4—2018

　　8 . 6 湿热试验

　　按 GB/T 2423.4—2008 的要求进行 55 ℃、2 × 24 h 或 40 ℃、6 × 24 h 周期交变湿热试验。恢复后

　　立即进行目视检查、绝缘电阻试验和介电强度试验。

　　8 . 7 盐雾性能试验

　　按 GB/T 2423 . 17 的要求进行。

　　8 . 8 吊座无损探伤检查

　　对于车下安装的变流器，安装吊座焊接后，所有吊座焊缝应进行无损探伤检查，焊缝及母材应无焊接缺陷。

　　8 . 9 充电机输出特性试验

　　如变流器包含充电机功能，应进行充电机输出特性试验，试验应至少包括输出特性试验、总输出限流试验、蓄电池限流试验。 试验具体要求由供需双方协商确定。

　　9 检验规则

　　9 . 1 检验分类

　　变流器检验分为出厂检验和型式检验。

　　9 . 2 出厂检验

　　9 . 2 . 1 对每台出厂的产品，制造商都应进行出厂检验。

　　9 . 2 . 2 在出厂检验过程中，若任意一项不合格，则该产品不合格。

　　9 . 2 . 3 经用户与制造商双方协商，用户可在交货的产品中进行抽样检查试验，以验证出厂检验结果。

　　9 . 3 型式检验

　　9 . 3 . 1 检验样品在出厂检验的合格品中抽取，数量为 1 台 。

　　9 . 3 . 2 型式检验全部项目应在抽样样品上进行，检验项目全部合格时，该产品合格;若发现任意一项不合格，则该产品不合格。

　　9 . 3 . 3 变流器在下列情况之一时应进行型式检验：

　　a) 新产品试制完成时;

　　b ) 产品的结构、工艺或材料的变更影响到产品的某些特性或参数变化时，应部分或全部检验;

　　c) 连续生产的定型产品每满 4 年时，检验项 目 由供需双方协商确定;

　　d) 转厂生产或停产 2 年及以上重新生产时。

　　9 . 4 检验项目

　　变流器的检验项目见表 2,辅助变流器部分的附加试验见表 3 。

　　GB/T 25122 . 4—2018

　　表 2 变流器检验项目

　　GB/T 25122 . 4—2018

　　表 3 辅助变流器部分的附加试验

　　10 标志、包装、运输和贮存

　　10 . 1 产品标志

　　每台产品均应在易见部位牢固安装有耐久、不易腐蚀、标注清晰的铭牌和其他标志，在产品寿命周期内应能清楚辨识。 铭牌应至少标明以下内容：

　　a) 产品名称;

　　b ) 型号 ;

　　c) 主要参数;

　　d) 出厂编号;

　　e) 制造年月;

　　f) 重量 ;

　　g) 制造商。

　　10 . 2 包装

　　10 . 2 . 1 产品包装应牢固，保证在正常运输中不损坏。

　　10 . 2 . 2 包装箱内至少应附有以下文件：

　　a) 装箱单应注明产品装箱日期;

　　b ) 产品检验合格证、出厂检验报告;

　　c) 产品使用维护说明书。

　　10 . 2 . 3 包装箱外至少应注明：

　　GB/T 25122 . 4—2018

　　a) 制造商名称;

　　b ) 产品名称、型号、数量及制造日期;

　　c) 注明“小心轻放”“请勿倒置”“勿受潮湿”“倾斜度限值”等标志;

　　d) 收货单位、名称、地址。

　　10 . 3 冷却液灌装

　　用户要求变流器需自带冷却液的，变流器出厂时应按规定配比灌装好冷却液。

　　10 . 4 运输和贮存

　　10 . 4 . 1 产品应正置运输，不应有剧烈振动、撞击，运输过程中产品不应发生损伤。

　　10 . 4 . 2 应贮存在空气流通，无腐蚀性气体、无曝晒、无淋雨的室内环境，贮存环境温度为-40 ℃~+70 ℃ ,贮存时间 2 年以上应重新做出厂检验。