台铁电力动力车辆电子设备动态监控与工作环境改善-eTop-工程科技.pdf

行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告 軌道運輸系統之監控技術開發--子計畫四：台鐵電力動力 車輛電子設備動態監控與工作環境改善(第 3年) 研究成果報告(完整版) 計 畫 類 別 ： 整合型 計 畫 編 號 ： NSC 97-2221-E-035-094-MY3 執 行 期 間 ：99年08月01日至 100年07月31日 執 行 單 位 ： 逢甲大學電機工程學系（所） 計 畫 主 持 人 ： 黃思倫 共 同 主 持 人 ：盧光常 計畫參與人員： 博士班研究生-兼任助理人員：吳爵丞 博士班研究生-兼任助理人員：陳宏岱 處 理 方 式 ： 本計畫可公開查詢 中 華 民 國 100 年 10月 11 日 行政院國家科學委員會補助專題研究計畫 軌道運輸系統之監控技術開發 - 子計畫四：台鐵電力動力車輛電子設備動態監控 期末完成報告 計畫類別： 個別型計畫 ▇整合型計畫 計畫編號： NSC 97-2221-E-035 -094 -MY3 執行期間 ：97 年08月 01日至 ~ 100 年07月 31日 計畫主持人：黃思倫 共同主持人：鄭進興、盧光常 計畫參與人員：廖啟貿、陳思孝、王耀邦 成果報告類型（依經費核定清單規定繳交 ）：精簡報告 ▇完整報告 摘要 在過去台灣經濟發展的過程中，鐵路運輸挾帶大量運輸與平穩快速的優 點曾經占有重要的地位。隨著高速公路的通車 、汽車私有化盛行，鐵路運 輸開始逐漸衰退。現今環島鐵路電氣化實現與高速鐵路通車 ，使得鐵路運 輸又重回到台灣交通史頁之要角。其中，鐵路電氣化系統的供電品質與供 電可靠度即成為一項非常重要的研究課題。鐵路電氣化系統由台灣電 力公 司 （以下簡稱台電）以69kV雙迴路高壓饋線傳輸電 力至台鐵電化變電站， 以確保當其中一迴路故障或進行維修時，另一迴路能夠即時備援。由於負 載為運轉中之列車 ，軌道系統係負載變動率大的餽電系統；為了避免變動 負載對台電輸電系統產生三相不平衡的影響，因 此，台鐵變電站採用特殊 接線的Le Blanc變壓器作為主變壓器，以避免在鐵路運輸過程中，干擾電 力系統或鄰近負載的三相電源的平衡。負載受控方式從過去單純的SCR（矽 控整流器功率元件）作為整流器開關之控制，歷經 GTO 組成變流器以產生 VVVF 形式之脈波信號，至今使用較高切換頻率之功率元件 IGBT 組成之 變流器控制。原本使用的負載馬達也從直流馬達改搭載三相交流馬達以符 合列車同時兼具大牽引 力與高轉速的特性。此項改變也造成系統諧波失真 與饋線電壓不穩定情形。申請人在過去的國科會研究案中已完成使用 EMPT 建構饋電系統至列車馬達負載的系統模型組塊，並針對諧波失真進 行研究與討論，給予台鐵饋電系統進行建議調整。 除此之外， EMU500型電聯車投入商業運轉已達 15 年，除高壓組件絕 緣老化外，電子卡、高壓控制模組亦有達壽命年限的瓶頸。在待料更換模 組外，研究如何趨緩模組與組件燒損及絕緣劣化情形是一個重要的課題。 由於申請人在進行穩態實測時，發現列車在暫態運轉環境下，對於供電系 I 統的設備之絕緣裂化程度影響最大。要能夠實際針對列車 牽引電路進行高 壓暫態量測與分析，進一步提出列車改善要點仍需要深入了解列車各部於 運轉時的暫態表現，包括集電弓、二次測保護組件、整流電橋、直流鏈結 與變流電橋等；閘極控制單元也是觀測的主要目標。 本計畫擬進行建立明確通用的量測方法與暫態高頻模型，以便提供台 鐵簡易故障紀