GBT 43775-2024e 轨道交通　机车车辆变流设备　市域铁路和城轨交通车辆辅助变流器标准立项发展报告

轨道交通机车车辆变流设备市域铁路和城轨交通车辆辅助变流器标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:AuxiliaryConvertersforRollingStockonSuburbanRailwaysandUrbanRailTransitVehicles摘要关键词：轨道交通；辅助变流器；市域铁路；城市轨道交通；标准化；机车车辆；牵引供电Keywords:Railtransit;Auxiliaryconverter;Suburbanrailway;Urbanrailtransit;Standardization;Rollingstock;Tractionpowersupply1引言1.1研究背景近年来，我国城市轨道交通和市域铁路建设进入快速发展期。截至2023年底，全国已有50余个城市开通城市轨道交通线路，运营总里程超过一万公里，市域铁路作为连接中心城市与周边城镇的重要交通方式，也在京津冀协同发展、长三角一体化、粤港澳大湾区建设等国家重大战略中发挥着日益重要的作用。市域铁路和城轨交通车辆作为载运工具的核心装备，其技术水平直接关系到轨道交通系统的整体效能。辅助变流器是机车车辆电气系统中不可或缺的关键设备，其主要功能是将牵引电网或牵引变流器直流母线提供的电能转换为稳定的三相交流电和直流电，为空调系统、照明系统、车门系统、通风系统、蓄电池充电等辅助用电设备供电。辅助变流器的可靠性直接影响列车运行的舒适性和安全性，一旦发生故障，将导致列车空调停止运行、照明中断等严重后果。1.2标准编制必要性与干线铁路机车车辆相比，市域铁路和城轨交通车辆在辅助变流器的技术要求上存在显著差异：第一，供电制式不同。市域铁路和城轨交通车辆普遍采用DC750V、DC1500V或DC3000V直流供电，部分市域铁路采用AC25kV交流供电，不同供电制式对辅助变流器的输入电压范围、浪涌耐受能力等提出了不同要求。而干线铁路主要采用AC25kV供电，辅助变流器多从牵引变压器辅助绕组取电。第二，负载特性不同。城轨车辆站间距短、起停频繁，辅助负载的冲击性和波动性较大；市域铁路运行速度较高、单次运行时间长，对辅助变流器的持续工作能力要求更为严格。空调系统作为最大的辅助负载，在夏季高温时段的持续运行对辅助变流器的容量和散热设计提出了更高要求。第三，安装空间和环境条件不同。市域铁路和城轨车辆车体尺寸相对紧凑，辅助变流器的安装空间受限；同时，地铁隧道内温度高、粉尘大、相对湿度高，对设备的防护等级和散热性能要求更为严苛。然而，此前我国尚缺乏专门针对市域铁路和城轨交通车辆辅助变流器的国家标准。既有标准主要参照干线铁路机车车辆的相关要求执行，难以完全覆盖市域铁路和城轨交通的应用特点。因此，制定专项标准具有迫切的现实需求。本标准依据国家标准化管理委员会下达的标准制修订计划（计划编号：20230604-T-347），由全国轨道交通电气设备与系统标准化技术委员会（SAC/TC278）提出并归口。编制组在充分调研国内外相关技术标准和产品现状的基础上，结合我国市域铁路和城轨交通车辆的技术发展需求，完成了标准的起草、征求意见、技术审查和报批工作。2标准编制原则与技术路线2.1编制原则本标准编制遵循以下基本原则：（1）一致性原则。在技术框架和术语定义上，与GB/T25117（轨道交通机车车辆组合试验）、GB/T32348（轨道交通机车车辆变流设备）等系列标准保持协调一致，确保标准体系的完整性和衔接性。（2）适用性原则。充分考虑市域铁路和城轨交通车辆的运行特点和实际需求，合理确定技术指标，既不盲目追求高标准而增加制造成本，也不因标准要求过低而影响产品性能和运行安全。（3）先进性原则。积极吸纳最新的技术成果，如碳化硅（SiC）功率器件应用、高频化变换技术、数字化控制技术、智能诊断与状态监测技术等，为行业技术升级预留空间。（4）可操作性原则。试验方法和检验规则明确具体，便于制造企业进行产品检验和用户单位进行验收，避免产生歧义。2.2技术路线标准编制过程中，编制组采取了以下技术路线：首先，系统调研了国内外相关标准和文献，包括IEC61287-1（轨道交通机车车辆变流器第1部分：特性和试验方法）、IEC62924（轨道交通机车车辆辅助供电系统）、GB/T25117系列、GB/T24338（轨道交通电磁兼容）系列等，梳理了可借鉴的技术要素。其次，广泛征集了国内主要轨道交通车辆制造企业（如中车青岛四方机车车辆股份有限公司、中车长春轨道客车股份有限公司、中车株洲电力机车研究所有限公司等）、城市轨道交通运营公司（如北京地铁、上海申通地铁、广州地铁等）以及相关科研院所的意见和建议，汇总分析了辅助变流器的典型技术参数、运行数据和故障案例。第三，针对市域铁路和城轨交通车辆的特殊工况，开展了专题研究和验证试验，重点对输入电压范围、过载能力、温升限值、电磁兼容性、振动冲击等关键指标进行了论证和试验验证。第四，按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的要求，完成标准文本的起草和修改完善。3标准主要技术内容3.1标准适用范围本标准规定了市域铁路和城轨交通车辆辅助变流器的使用条件、系统构成、技术要求、试验方法、检验规则以及标志、包装、运输和储存等方面的要求。标准适用于供电制式为DC750V、DC1500V、DC3000V及AC25kV的市域铁路和城市轨道交通车辆用辅助变流器（含辅助逆变器和充电机）。3.2使用条件标准规定了辅助变流器的正常使用条件，包括：-环境温度：设备应能在-25℃～+45℃的环境温度范围内正常工作，在特殊气候地区（如高寒地区）使用时，最低环境温度可低至-40℃。-海拔高度：不超过1400m。当使用地点海拔超过1400m时，应按照GB/T32348的相关规定进行降容修正。-相对湿度：月平均相对湿度不大于95%（最湿月月平均最低温度不高于25℃时）。-特殊环境：应考虑车辆运行中可能遇到的雨、雪、风沙、盐雾等环境条件，以及隧道内高温、高尘的特殊工况。此外，标准还对供电网电压波动范围（如DC1500V供电时电压波动范围为DC1000V～DC1950V）、负载特性等使用条件进行了规定。3.3主要技术要求3.3.1基本性能要求标准对辅助变流器的容量、输出电压精度、输出电压波形质量、效率、功率因数等基本性能指标作出了规定。例如：-输出容量：应满足整车辅助负载的用电需求，并留有10%～15%的裕量。-输出电压精度：三相交流输出电压稳态误差应不超过额定值的±5%，瞬态恢复时间应不大于100ms。-输出电压波形：三相交流输出电压的总谐波畸变率（THD）应不大于5%，单次谐波含量应不大于3%。-效率：在额定工况下，辅助变流器效率应不低于92%，在半载工况下不低于88%。3.3.2过载能力考虑到列车启动、空调压缩机启动、车门集中动作等工况下的短时冲击性负载，标准规定了辅助变流器的过载能力：在额定输出电流的110%工况下，应能持续运行不小于30min；在150%额定输出电流工况下，应能持续运行不小于10s；在200%额定输出电流工况下，应能持续运行不小于1s。3.3.3保护功能要求标准对辅助变流器的保护功能提出了明确要求，包括：输入过压/欠压保护、输出过流/短路保护、过温保护、IGBT器件故障保护、控制电源失电保护等。各类保护应动作可靠、响应迅速，故障恢复后应具备自恢复或远程复位功能。同时，标准还要求辅助变流器应具有故障自诊断和数据记录功能，便于运行维护和故障分析。3.3.4电磁兼容性要求辅助变流器作为大功率电力电子设备，其电磁兼容性能对于保证车辆其他电子设备的正常工作至关重要。标准参照GB/T24338.4（轨道交通电磁兼容第3-2部分：机车车辆设备）的相关要求，对辅助变流器的传导发射、辐射发射、传导抗扰度、辐射抗扰度、静电放电抗扰度、电快速瞬变脉冲群抗扰度、浪涌抗扰度等电磁兼容性能指标进行了规定。尤其针对城轨交通特有的第三轨受流方式的特殊性，对浪涌抗扰度提出了更严格的要求。3.3.5振动与冲击要求标准规定了辅助变流器应能承受的振动和冲击条件，包括：车辆运行中产生的一般振动（频率范围5Hz～150Hz，加速度幅值按GB/T21563中1类B级执行）以及车辆连挂、通过道岔等工况下产生的冲击载荷。3.3.6防护等级与散热要求考虑到地铁隧道和地面线路的不同环境条件，标准规定辅助变流器的外壳防护等级一般不低于IP54（安装在车底或设备舱内时），安装在车厢内部时防护等级可适当降低，但应不低于IP20。散热方式可采用自然冷却、强迫风冷或强迫液冷，冷却系统应满足车辆运行环境的要求。3.4试验方法标准将试验分为型式试验、例行试验和出厂检验三类：-型式试验：包括温升试验、绝缘试验、功能试验、电磁兼容性试验、振动冲击试验、环境试验等，用于全面验证产品设计是否满足标准要求。凡新产品定型、产品转产、结构材料工艺有重大变更、停产超过两年后恢复生产等情形，均应进行型式试验。-例行试验：包括外观检查、绝缘耐压试验、输出电压精度测试、保护功能测试等，用于逐台检验产品制造质量的一致性。-出厂检验：针对每台产品的必检项目，确保出厂产品合格。3.5标志、包装、运输与储存标准对产品的铭牌标志、安全警示标志、包装方式、运输要求及储存条件也作出了明确规定。产品铭牌应至少包含产品型号、额定参数、制造日期、制造单位等信息。包装应能防止产品在运输过程中受到机械损伤和受潮，随行文件应包括产品合格证、使用说明书等技术资料。4标准创新点及预期效益4.1标准创新点（1）首次专门针对市域铁路和城轨交通车辆辅助变流器制定国家标准。填补了该领域的标准空白，为行业提供了统一的技术依据。此前，相关企业主要参照干线铁路机车车辆的标准或各自的企业标准进行产品设计和制造，技术指标参差不齐，不利于统一管理和市场公平竞争。（2）充分反映多制式供电的特点。标准覆盖了DC750V、DC1500V、DC3000V以及AC25kV四种供电制式，对不同制式下的输入电压范围、浪涌耐受水平、保护策略等技术要求分别作出了规定，适应了我国市域铁路和城轨交通多种供电制式并存的现状。（3）引入基于可靠性的设计理念。标准在规定技术指标的同时，强调了对辅助变流器可靠性和可维护性的要求，如故障自诊断功能、模块化设计便于检修更换、状态监测接口预留等，体现了从"事后维修"向"预防性维护"转变的先进理念。（4）兼顾先进性与兼容性。标准中关于效率、谐波、电磁兼容等指标的要求，既考虑了当前主流技术的可实现性，也为碳化硅等新型功率器件和新型拓扑结构的应用预留了空间。4.2预期效益本标准的实施预计将在以下方面发挥积极作用：（1）提升产品质量和可靠性。统一的技术标准将有助于引导企业加强质量管控，提高产品的设计水平和制造工艺水平，降低辅助变流器的故障率，提升轨道交通运营的安全性和可靠性。（2）促进市场规范化。标准的实施为产品招标采购、工程验收、运营维护等环节提供了明确的技术依据，有利于建立公平、有序的市场竞争环境，避免低价低质产品的恶性竞争。（3）推动技术进步和产业升级。合理的技术指标将引导行业向高效率、高功率密度、高可靠性方向发展，促进新型功率器件、先进控制算法和智能化运维技术的研究与应用，提升我国轨道交通装备制造业的整体竞争力和国际影响力。（4）支撑"走出去"战略。随着中国轨道交通装备出口规模的不断扩大，具有国际先进水平的国家标准将为国产辅助变流器参与国际项目竞争提供技术背书。5主要编制单位介绍本标准由全国轨道交通电气设备与系统标准化技术委员会（SAC/TC278）提出并归口，主要起草单位包括中车株洲电力机车研究所有限公司、中车青岛四方机车车辆股份有限公司、中车长春轨道客车股份有限公司、北京交通大学、西南交通大学、中铁检验认证中心有限公司、北京地铁运营有限公司、上海申通地铁集团有限公司等单位。其中，中车株洲电力机车研究所有限公司作为主要牵头起草单位，在本标准的编制过程中发挥了核心作用。中车株洲电力机车研究所有限公司（简称"中车株洲所"）是中国中车股份有限公司旗下核心科技型企业，始建于1959年，总部位于湖南省株洲市，是我国轨道交通电气设备与系统领域重要的研发和产业化基地。公司现有员工2万余人，其中研发技术人员超过8000人，拥有变流技术国家工程研究中心、新型功率半导体器件国家重点实验室等多个国家级创新平台。在牵引变流和辅助变流领域，中车株洲所深耕数十年，形成了完整的研发、设计、制造和试验验证能力。公司自主研发的辅助变流器产品广泛应用于高速动车组、大功率电力机车、城市轨道交通车辆和市域铁路车辆，市场份额位居国内前列。产品覆盖DC750V至AC25kV多种供电制式，形成了系列化、谱系化的产品格局。近年来，公司率先将碳化硅（SiC）功率器件应用于辅助变流器产品，显著提升了产品的功率密度和转换效率，推动了行业的技术进步。6标准实施建议6.1对制造企业的建议设备制造企业应依据GB/T43775-2024对现有产品进行对标核查，对于不满足标准要求的产品应加快技术升级和改进步伐。同时，建议企业在产品设计阶段即充分运用标准的技术要求，避免因不符合标准而导致的返工成本。此外，企业应加强标准的学习宣贯，使设计、工艺、