CRH3型动车组是我国铁路运输领域常用的一种高速客运列车。此种客运列车的编组方式为4动4拖8辆编组。两列同型号同种编组方式的动车组之间联挂运行的重联方式也是铁路运输领域常用的动车组编组方式。电力牵引交流传动方式为CRH3型动车组的电流牵引方式。在实际运行过程中，动车组的牵引功率可以达到8800kW。就我国高铁技术的发展现状而言，我国已经基本实现了动车组的国产化。我国动车组牵引传动系统的控制技术也取得了飞跃式发展。但是动车组牵引系统传动系统的可靠性问题仍是我国动车组技术中的短板。多动车组牵引传动系统的可靠性进行分析，对我国高速动车组技术的发展有积极的促进作用。
1 CRH3型动车组牵引传动系统的构成
我国现阶段应用铁路客运领域的CRH3型动车组具有牵引特性良好的特点。动车组自身所具有的良好特性也为动车组重联技术的发展奠定了一定的基础。在一些客流量相对较大的客运线路，两列同型号同编组动车组连挂运行的重联方式已经发挥出了增加动车组班次运力的作用。通过对动车组列车的牵引特性进行分析，我们可以发现，牵引控制单元与列车中央控制系统共同发挥着调节动车组列车牵引力的作用。牵引控制系统可以发挥出监督牵引控制系统的运行状况与牵引变流器运行状况的作用。牵引变压器、牵引变流器、牵引电动机和与之相关的高压电气系统是CRH3型动车组牵引传动系统的主要组成部分。
1.1 牵引变压器
CRH3型动车组中应用的牵引变压器单相湿式变压器，其额定电压为单相AC25V/50Hz，工作原理与普通变压器之间存在一定的相似性。在动车组运行过程中，牵引变压器的外部温度在-25-40℃之间。最高持续电压为AC29kV；电压的波动范围在AC17.5-31kV之间；冷却方式以强迫油冷方式为主。
1.2 牵引变流器
牵引变流器可以在调整动率半导体设备调制率的基础上，对牵引和动力（再生）制动模式下的电流与电压间的相位角进行控制。CRH3型动车组中应用的牵引变流器主要由多重四象限变流器、电机逆变器和直流电压中间环节等器件组成。
1.3 牵引电动机
在动车组运行过程中，CRH3型动车组的牵引变流器可以同时驱动4个牵引电动机。三相异步牵引电机是此类动车组中使用的牵引电动机，其绝缘等级为200级，额定功率为562kW，运行期间的最高转速可以达到5900r/min。
1.4 高压电气系统
与动车组列车牵引系统有关的高压电气系统主要指受电弓、高压断路器、避雷器、网压检测装置和高压电缆等安装与车厢顶部的高压设备。一般情况下，动车组中应用的受电弓可以适应国内各个地区。主断路器可以发挥防止短路的功能。
2 CRH3型动车组牵引传动系统可靠性建模
2.1 CRH3型动车组牵引传动系统可靠性分析算法
随着信息技术的不断发展，网路图模型可靠性分析系统开始在电力网络输配电系统及交通系统等领域得到应用。MCS-CA算法建立在上述系统的基础之上，它可以在离散演化周期内利用CA的传播特性，对系统网络的连通性进行判断，并在MCS过程中完成系统可用度的计算。CA模型是一种包含元胞、晶格和局部转换函数等要素的局部动力学模型。在这一模型之中，每个元胞在t时刻的状态都与位于邻域晶格的元胞在t-1时刻的状态和模型中包含的局部转换函数有关。二维CA模型是现阶段较常用的一种研究模型。
2.2 CRH3型动车组牵引传动系统可靠性分析模型的建构
CRH3型动车组牵引传动系统可靠性分析模型的建构过程与牵引传动失效服从指数分布规律之间有一定的联系。从牵引传动系统中不同部件之间的串并联逻辑关系来看，此动车组的牵引传动系统在设计方面具有一定的冗余性。在以“双弓设置、单弓运行”为主的运行模式下，中间直流高压电缆可以通过隔离开关相连。双动力单元在一组故障时可以切除，此时动车组列车会处于降容运行的状态。在动车组运行过程中，牵引电机具有将电能转化为机械能的作用。它也可以借助齿轮箱驱动车轮。在未进行重联运行的情况下，动车组列车往往只有16台牵引电机，此时动车组列车在故障发生以后只能进行整车隔离的方式。动车组列车牵引传动系统中的齿轮箱为机械部件，齿轮箱故障会引发齿轮堵转事故。在预防牵引传动系统故障的基础上，提升动车组列车牵引传动系统的可靠性与列车的运行效率，是牵引传动系统研究分析的主要目标，针对动车组列车运行过程中遇到的实际情况，相关人员需要构建一种与高压电气、列车牵引单元和齿轮箱有关的研究模型。下列公式为上述模型中使用的公式。
R=R高·R元·R齿
在上述公式中，R指代的内容为动车组列车牵引传动系统的可靠度；R高指代的内容为高压电气系统的可靠度；R元为列车牵引单元的可靠度；R齿为齿轮箱系统的可靠度。根据前文论述，高压电气中包含受电弓、主断路器和接地开关等设备。牵引单元包含牵引变压器、牵引变流器和牵引电机等设备。在动车组中每一个牵引变流器可以控制4台牵引电机的情况下，下列公式可以用于表述与之相关的可靠性模型。
R元=1-{1-[1-(1-R牵·R电机)2]·R变}2
在上述公式之中，R元为列车牵引单元可靠度；R牵为牵引变流器的可靠性；R电机为牵引电机的可靠性。牵引变压器的可靠性分析模型如下所述。
R变=R主变·R检测·R变冷
可靠性分配也是牵引传动系统模型构建过程中不可忽视的内容，一般情况下，牵引传动系统模型的可靠性分配原则涉及到以下内容：一是产品组成单元的数量与组装的难易程度，二是牵引传动系统的重要程度评定，三是产品现阶段的技术成熟度，四是产品单元的所处环境。专家评分分配法是可靠性分配中常用的分配方法。
2.3 MCS-CA算法的应用
MCS-CA算法在系统可用性计算过程中发挥着较为重要的作用。一般情况下，该模型主要与CA的离散时刻、网络节点个数和MCS当前模拟次数级总模拟次数等内容有关。在网络节点个数初始值、CA离散时刻及判断连通性时的最大迭代系数等内容确定以后，系统可以在对元胞状态进行初始化处理的基础上，生成各个等效单元的伪随机数，并在更新元胞状态的基础上，完成系统可用度的计算。在系统可用度计算过程中，相关人员可以利用该算法对每工作模式进行10次求解，系统可用度的计算结果为10次求解结果的平均值。
3 CRH3型动车组牵引传动系统的可靠性分析
车载控制系统、监测与诊断系统在动车组牵引传动系统运行过程中发挥着至关重要的作用。上述系统以建立在网络技术基础之上的分布式智能控制系统与诊断系统为主，列车控制微机网络系统是上述系统的信息传输功能的保障因素。通过对列车控制网络系统进行分析，我们可以发现，MVB系统和TVB系统在控制网络系统中发挥着较为重要的作用。车载分布式微机网络系统是列车通信和控制微机网络系统的重要组成部分。为保证动车组牵引传动系统的可靠性，与动车组有关的列车级控制系统、单元级总线和一些重要的控制装备中需要包含有冗余系统，以便为动车组在总线就控制设备出现故障的情况下的正常运营提供保障。与之相关的牵引控制系统需要为列车在正常情况及非正常情况下的牵引、制动、方向、辅助系统及防滑性系统等子系统的逻辑判断过程中发挥作用。
3.1 牵引传动系统降容运行的故障类型
牵引传动系统降容运行的故障类型是牵引传动系统可靠性分析过程中不可忽视的内容。根据动车组的实际运行情况，动车组系统的故障类别可以分为重大故障、重要故障和次要故障等多种故障形式。动车组列车的重大故障以停车故障为主，故障种类涉及到列车停止运行；远大于规定时间的晚点和超出等级费用的失效故障。重要故障为动车组列车运行过程中产生的运行故障。次要故障多为不组织系统获得规定性能的实效故障。隔离开关故障、主断路器故障和主受电弓故障等故障是动车组列车运行过程中的常见故障。根据可靠性分配的实际情况，在高压电气和牵引单元的单元结构相对复杂的情况下，上述两种设备会表现出以下特点：一是分配故障率的上升，二是平均故障间隔时间的缩短。在系统未经过完整生命周期的情况下，基于专家评分分配法的可靠性指标分配具有一定的可行性。
3.2 牵引传动系统的可用度与可靠度的分析
3.2.1 牵引传动系统正常工作
在动车组列车处于正常运行的情况下，与车辆行驶方向相对的行驶方向的后弓会发挥出为车辆供电的功能。此时前弓会处于备用状态。在与之相关的可用度及可靠度的计算过程中，设备的可用度、设备的平均工作概率、设备平均停工概率、故障率、维修率、平均工作时间和平均维修时间等内容是人们不可忽视的内容。
3.2.2 牵引传动系统非正常工作
牵引传动系统的异常工作状态主要表现为以下方面：一是牵引传动系统虽然出现部件故障，但是备用受电弓仍然可以让系统处于100%牵引容量的工作状态的故障；二是牵引传动系统的牵引容量为75%的工作状态；三是牵引传动系统牵引容量为50%的工作状态。在牵引传动该系统牵引容量为75%的情况下，隔离故障牵引变流器的措施是故障处理过程中的常用措施。在牵引系统的牵引容量为50%的情况下，相关人员需要在隔离一个牵引单元的情况下，启用另外一个牵引单元。在系统故障率、维修率和维修时间等因素的影响下，系统故障产生以后，动车组在降级运行下的可靠性指标并不会低于正常工作状态下的运行指标。故障率和维修率可以被看作是系统可靠性指标的重要影响因素。
4 结语
CRH3型动车组牵引传动系统可靠性分析可以让动车组维修工作的针对性得到强化。动车组牵引传动系统中的冗余设计可以让动车组处于降级运行状态。为保证列车组的运行效率，牵引传动系统冗余设计的优化，是研究者所要关注的内容。
参考文献
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收稿日期：2018-06-27 作者简介：张志远（1986-），男，河北唐山人，中车唐山机车车辆有限公司工程师，研究方向：电气工程及自动化。
