地铁工程维护车线路滤波电抗器研制

【摘 要】本文对地铁工程维护车线路滤波电抗器的研制背景、技术指标及其结构特点进行了介绍，通过型式试验和实际运行考核，验证了滤波电抗器能满足设计要求。

【关键词】地铁工程维护车；滤波电抗器；结构强度；漏磁场

1 研制背景

在地铁建设期，大量的材料、设备、物资需通过机车牵引运往各个施工地点；新购入的地铁车辆需要用调车机车牵引到停车库内；地铁线路投入运营前，需要工程检测机车对线路进行压道，对地铁隧道、接触网进行检查，牵引地铁车辆进行冷、热滑；在地铁正式运营后，需要用机车将被检修的车辆牵引到指定的检修线上，运送维修设备和进行事故救援，同时也需要定期对线路及接触网进行检查及维护等等。因此，每一条地铁线路都需要配备一定数量的地铁工程维护车及检测车辆。和其他城市轨道交通车辆一样，地铁工程维护车通常也是从直流供电网中（接触网或者第三轨）获得直流电压，电网直流电压为1500V和750V两种，经过牵引逆变器和辅助逆变器变换后输出不同的交流电压值，给列车上的设备供电。

滤波电抗器安装于动车高压箱之后主逆变器之前，是流过交流分量很小的或可忽略的直流电抗器，属于直流滤波电路（LC）的一部分，主要用来限制直流侧滤波单元的电压、电流波动，滤除高次谐波，阻止供电的瞬时突变，保护电气设备。主电路原理图见图1。

图1 主电路原理图

根据冷却形式，线路滤波电抗器可以分成走行风冷却和强迫风冷；根据磁场及电感值随电流的波动，可以分为铁芯电抗器和空心电抗器。空心电抗器的电感值不随电流的波动而变化，线性比较好，而走行风冷却结构简单，没有风机、没有噪声，在地铁车辆的线路电抗器上得到广泛的应用。西门子、阿尔斯通采用空心强迫风冷的结构，日立、三菱采用空心走行风冷。以下重点针对某型地铁工程维护车线路滤波电抗器进行介绍。

2 技术参数

额定电压/V 1500（DC）

额定电流/A 200（DC）

电感值/mH 6.0×2

绝缘等级 H级

冷却方式 利用车辆走行风冷却

结构型式 干式、空心

安装方式 车下吊挂安装

质量/kg 550

3 结构特点

该线路滤波电抗器为干式、空心、自冷、直流电抗器，主要由线圈、端板、接线盒、外罩等组成。滤波电抗器线圈由两组完全相同的线圈绕制在一起，同轴水平放置，线圈作为一个刚性较好的整体通过拉螺杆均布前、后端板及夹紧螺杆固定在支架上。电抗器线圈径向为机车运行方向，车辆走行风通过通风罩进入，冷却线圈。为提高走行风冷却效果，线圈径向设置冷却风道。

根据设计要求，结构在垂向、纵向与横向分别能够承受3g、5g与3g的冲击。通过强度分析可知：垂向、纵向、横向安全系数能满足设计要求。在大负荷情况下，拉螺杆两端及其与弯板连接处无永久变形及位移，拉螺杆无永久变形位移，强度与刚度性能能满足要求。该产品通过了IEC 61373-1999产品冲击和震动试验，满足车辆强度要求。

图3 电抗器骨架在规定载荷下的位移

该线路滤波电抗器的骨架结构具备以下特点：

1）结构刚性好，应力集中点少，没有超过材料屈服极限的应力集中点；

2）采用了轻量化设计原则，骨架结构质量小，结构体积紧凑；

3）载荷条件下没有比较明显的位移变形。

4 电抗器线圈绕制

电抗器线圈导线采用H级Nomex纸-聚酰亚胺薄膜烧结绕包铜扁线，导线薄膜烧结铜导线上，附着力强，单根导线能够承受工频耐压4kV以上。电抗器采用8根导线并绕，在8根并绕导线外加包热收缩带，采用此结构，产品经真空浸漆后，能满足IPX7浸水试验的要求。

线圈采用特殊的“多层单螺旋”结构，线段中间均布螺杆，既可作为线圈的散热气隙，又可作为线圈的固定支撑，在线圈的匝与匝之间用H级层压玻璃布板作为散热气道，有效解决线圈的散热问题，同时增加绝缘稳定和绝缘强度稳定性。

由于该电抗器将两组相同的线圈绕制在一起，并且从始至终不允许有接头，线圈又属于多层多匝结构，绕制后几乎不可返修，故绕制时存在一定的难度，需要一定的技巧。绕线时为了使线圈成型规矩，制作了大量的木制或尼龙制的工装工具，并根据现有绕线设备的不同作了相应的改进。

图6 电抗器屏蔽板安装图

5 电抗器漏磁场分析及防漏磁措施

5.1 漏磁场分析

空心电抗器的优点是电抗器电感曲线稳定，其电感量不随电流的变化而变化，电抗器不存在饱和现象；其缺点主要是漏磁比较大，对周围的电磁设备有干扰，尤其在地铁设备中，对带有心脏起搏器的人员会造成致命的伤害。我们对电抗器线圈进行了漏磁场的有限元分析，分析结果如图4和图5所示。

影响车辆上漏磁大小的因素有：

1）电流：通过线路电抗器的电流值不同，电抗器周围的漏磁场在其他因素都相同的情况下，电流越大，漏磁场值越大。

2）电感：滤波电抗器的电感值不同，漏磁场大小不同。电感值越大，则匝数越多，在其他因素都相同的情况下，漏磁场越大。

3）几何尺寸：线圈几何尺寸不同，周围漏磁场就不同。

4）位置：电抗器安装在车下的位置不同，漏磁场不同。当电抗器安装距离车厢地板越远，在距离地板面尺寸相同的情况下，漏磁场越小。

5）材料：电抗器线圈固定端板的材料有铝合金、不导磁不锈钢板、耐候钢、碳素结构钢等，此时漏磁场也各不相同。

6）电抗器顶面安装的磁屏蔽板的材料、厚度，也将影响车内漏磁场分布。

5.2 防漏磁措施

为避免电抗器漏磁对设备及人员的影响，需要降低电抗器的漏磁。在电抗器按照要求设计完成的情况下，在运行过程中，电抗器产生的漏磁是一定的，因此，降低电抗器漏磁的理想方法，就是在电抗器上方增加屏蔽板。安装方法见图6。

通过实验对比结果表明，滤波电抗器加装屏蔽板后漏磁比不加屏蔽板明显减少。

6 滤波电抗器试验

该线路滤波电抗器满足表格中各项试验的要求。

表1 滤波电抗器试验项目

7 结论

地铁工程维护车线路滤波电抗器采用敞开式真空压力浸漆型结构，产品具有结构紧凑、轻量化、维护方便、防水性能好等特点。目前，类似产品已成功运用在深圳地铁、广州地铁、宁波地铁等工程维护车上，运行状态良好。

【参考文献】

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[3]秦华锋，王建怀，钱禾.地铁车辆滤波电抗器结构及其漏磁仿真分析[J].电力机车与城轨车辆，2012.

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[5]IEC 60310：2004 用于铁路机车的变压器和电抗器[S].

[责任编辑：王迎迎]

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