DJ4型機車牽引系統(tǒng)介紹及故障分析

劉清　楊喆　梁偉波

摘 要 本文對HXD1型貨運電力機車TCU牽引變流系統(tǒng)冗余功能進行簡單分析，并結(jié)合機車調(diào)試出現(xiàn)TCU隔離故障進行具體分析。當(dāng)牽引變流系統(tǒng)因故障進入冗余模式時，能夠根據(jù)具體故障現(xiàn)象結(jié)合HXD1型電力機車牽引變流系統(tǒng)冗余工作模式進行故障排查，從而提高牽引變流系統(tǒng)故障排查效率。

關(guān)鍵詞 機車 牽引變流 冗余 TCU 隔離

中圖分類號：U264 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0745（2021）12-0001-02

HXD1型機車牽引傳動系統(tǒng)是按AC25kV、50Hz牽引供電制式設(shè)計的，它能適應(yīng)我國鐵路接觸網(wǎng)電壓范圍較大的特點。[1]AB兩節(jié)動力車各自配備了獨立且對稱的牽引傳動，既可固定重聯(lián)運用，也可解編后各自獨立運用，AB兩節(jié)動力車25kV網(wǎng)側(cè)電路可通過車頂高壓連接器相連，同時還具有外重聯(lián)功能。牽引變流系統(tǒng)具有二次諧振電路、過壓保護電路和接地檢測電路等。機車采用再生制動，再生制動時機車能量反饋回電網(wǎng)，達到節(jié)能的效果。四象限整流器和PWM逆變器采用水冷 1GBT模塊。

1 牽引傳動系統(tǒng)概述

HXD1型機車每節(jié)有一套完整網(wǎng)側(cè)電路和電傳動系統(tǒng)，如圖1牽引變流系統(tǒng)框架圖所示：每節(jié)車電傳動系統(tǒng)由1個主變壓器，主變壓器由1個原邊繞組、4個牽引繞組和2個二次諧振電抗器組成。4個牽引繞組分別給4個4QC（四象限變流器）提供輸入電源，最后向兩個獨立的中間直流回路充電。4個四象限變流器分成兩組，每一組的兩個四象限變流器之間可以冗余。每臺車上有兩個轉(zhuǎn)向架，每個轉(zhuǎn)向架上并聯(lián)2臺三相交流異步電動機，由連接在中間直流回路上的1個脈寬調(diào)制逆變器（PWI）供電。圖1中2個輔助逆變器當(dāng)其中一組因故障隔離或其中一個濾波變壓器因故障隔離時，另一組輔助逆變系統(tǒng)立即滿頻運行給所有輔助設(shè)備供電。因為兩路中間直流回路相互獨立，所以整臺機車的牽引力有75%的冗余，從而提高了機車的可利用率。在機車制造、調(diào)試、維護過程中牽引變流系統(tǒng)部分故障時，系統(tǒng)自動進入冗余工作模式繼續(xù)維持運行，機車檢修人員能夠根據(jù)牽引系統(tǒng)冗余工況快速排查故障。

2 機車TCU1隔離故障分析與處理

HXD1型179號機車在試運線試運時B節(jié)主斷斷開受電弓降下，微機屏報“TCU1&TCU2之間通訊中斷”，“TCU1因故障隔離”。第一時間用電腦monitor軟件連接主CCU進行清保護后TCU1依然處于隔離狀態(tài)，B節(jié)機車僅TCU2處于牽引狀態(tài)。

2.1 原因分析

CCU清保護后TCU1故障不能清除，說明故障依然存在。通過觀察TCU1機箱沒有上電工作，判斷可能因某故障原因CCU未給出TCU1啟動命令，通過微機屏查看到是輸出節(jié)點A13F_00未閉合引起的，用電腦monitor軟件連接主CCU讀取故障記錄也沒有找到引起TCU1隔離的故障原因。

2.2 故障診斷及處理

系統(tǒng)在斷電重啟時CCU自檢完后TCU2能夠正常啟動，而TCU1機箱一直處于掉電隔離狀態(tài)，分析可能存在兩種原因：

1.因線路或者SKS3輸出模塊原因TCU1啟動信號A13F_00未能啟動TCU1。

2.在啟動過程中，CCU已經(jīng)讓TCU啟動命令A(yù)13F_00與A140_00閉合而TCU1因自身原因不能正常啟動引起CCU再次重新斷開A13F_00啟動命令。

為了判斷是以上哪種原因引起TCU1不能正常啟動，采用monitor軟件連接CCU強制TCU1啟動命令A(yù)13F_00閉合。發(fā)現(xiàn)TCU1依然無法啟動，判斷可能為第一種原因：啟動信號未到達TCU電源輸入連接器X12插頭B3點，TCU供電控制電路如圖2所示。經(jīng)過萬用表測量發(fā)現(xiàn)B3點有98V電壓，緊接著測量B1、B2和A1、A2之間均有98V電壓。綜合以上幾次測量結(jié)果得出TCU1啟動電源及啟動指令都已滿足，而TCU1機箱無法上電啟動。判斷為機箱內(nèi)部電源板卡故障，打開TCU1機箱發(fā)現(xiàn)SSB電源板卡工作燈不亮，因此判斷TCU1機箱SSB電源板卡異常導(dǎo)致TCU1隔離，更換SSB電源板卡后故障消失TCU1正常啟動。

2.3 原理分析

該故障重點在于分析TCU上電不能啟動的原因，機車在運行過程TCU1故障隔離中TCU2能正常工作說明故障出現(xiàn)在TCU1內(nèi)部。因為HXD1型電力機車在系統(tǒng)重新啟動時CCU會先進行自檢，CCU自檢完成后立即發(fā)送指令給SKS3讓A13F_00（TCU1啟動指令）、A140_00（TCU2啟動指令）閉合，TCU開始上電啟動自檢。當(dāng)某個TCU自檢通過則發(fā)送信息給CCU表示系統(tǒng)一切正常，CCU接收到TCU的消息后通過SKS3繼續(xù)保持該TCU啟動指令閉合。當(dāng)某TCU自檢不能通過則發(fā)信息給CCU，CCU接收到TCU的異常信息后立即通過SKS3斷開該TCU啟動指令，使其斷電隔離。另外如果CCU無法與TCU通訊或者因故障原因需要隔離TCU也會通過SKS3斷開該TCU的啟動指令，使其斷電隔離。

2.4 評價和建議

熟悉牽引變流系統(tǒng)的故障隔離工作原理，就能更好地結(jié)合實際故障現(xiàn)象快速鎖定故障原因。另外HXD1型電力機車基于西門子Sibas32系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠通過monitor軟件查詢故障信息，監(jiān)控和強制IO輸入輸出信號能夠更方便地查找故障點。查詢故障時因該靈活運用monitor軟件結(jié)合機車運行原理和電氣原理圖進行故障分析與排查，以提高工作效率。

參考文獻：

[1] 張曙光.HXD1型電力機車[M].北京：中國鐵道出版社， 2009.