CRH2型動(dòng)車組牽引變流器運(yùn)用故障分析

張幼慶 上海鐵路局上海動(dòng)車客車段

1 CRH2型動(dòng)車組CI系統(tǒng)原理和主要功能

CRH2型動(dòng)車組CI系統(tǒng)主電路簡(jiǎn)圖見圖1。

圖1 主電路簡(jiǎn)圖

CRH2動(dòng)車組牽引變流器（CI）是4臺(tái)牽引電機(jī)電源的控制設(shè)備，由脈沖整流器、中間直流電路、逆變器、真空交流接觸器等主電路設(shè)備和無觸點(diǎn)控制裝置、控制電源等控制電路設(shè)備和風(fēng)機(jī)等冷卻裝置構(gòu)成。

1.1 脈沖整流器

脈沖整流器由單相3級(jí)PWM脈沖整流器和交流接觸器K構(gòu)成，以牽引變壓器牽引側(cè)輸出AC1 500 V、50 Hz為輸入。通過無觸點(diǎn)控制裝置的IPM選通控制，實(shí)現(xiàn)輸出直流電壓2 600～3 000 V定電壓控制、牽引變壓器原邊側(cè)電壓電流功率因數(shù)1控制。此外，還可通過無觸點(diǎn)控制裝置實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。再生制動(dòng)時(shí)功能為逆變換，以濾波電容器輸出DC3 000 V為輸入，向牽引變壓器側(cè)輸出AC1 500 V、50 Hz。

交流接觸器K控制輸入側(cè)主電路接通、斷開。

1.2 逆變器

逆變器部以濾波電容器電壓為輸入，依據(jù)無觸點(diǎn)控制裝置IPM選通控制信號(hào)，輸出電壓·頻率可變的3相交流電壓，以控制4臺(tái)并聯(lián)感應(yīng)電機(jī)的速度·扭矩。再生制動(dòng)時(shí)功能為順變換，以感應(yīng)電機(jī)輸出的3相交流為輸入，向?yàn)V波電容器側(cè)輸出直流電壓。

感應(yīng)電機(jī)控制選用矢量控制方式，扭矩電流和勵(lì)磁電流獨(dú)立控制，以提高扭矩控制精度和響應(yīng)速度、及電流控制性能。電路構(gòu)成為與脈沖整流器相同的3級(jí)構(gòu)成。

1.3 中間直流電路(濾波電容器)

濾波電容器分割搭載，脈沖整流器電源設(shè)備2臺(tái)，逆變器電源設(shè)備3臺(tái)，合計(jì)容量8 000 μF。

濾波電容器與預(yù)備充電電路相連，起動(dòng)時(shí)通過內(nèi)置充電電阻的充電變壓器從輔助電路進(jìn)行初期充電，以防止K接通時(shí)產(chǎn)生過大的沖擊電流。

1.4 無觸點(diǎn)控制電路（DCU）

在交流電傳動(dòng)技術(shù)中，傳動(dòng)控制是其核心技術(shù)之一。交流傳動(dòng)控制系統(tǒng)（或稱傳動(dòng)控制單元，簡(jiǎn)稱DCU（Drive Control Unit））的核心任務(wù)是，根據(jù)司機(jī)指令完成對(duì)四象限整流器的實(shí)時(shí)控制、逆變器暨交流異步牽引電動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)控制和粘著控制，同時(shí)具備完整的故障保護(hù)功能、模塊級(jí)的故障自診斷功能和輕微故障的自復(fù)位功能。

2 CRH2型動(dòng)車組CI故障處理實(shí)例

自2007年4月18日動(dòng)車組開行以來，動(dòng)車組牽引變流器故障時(shí)有發(fā)生，以下是幾起典型的故障案例及相關(guān)處理過程。

2007年8月1日，2032A動(dòng)車組在自動(dòng)過分相后，司機(jī)提手柄加速時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)02車牽引變流器故障，故障代碼：005、141，VCB自動(dòng)斷開。司機(jī)按壓操縱臺(tái)復(fù)位按鈕，但VCB仍舊不能合上。司機(jī)操作停車，并通過遠(yuǎn)程控制分別把02、03、06車CI全部切除，再逐一遠(yuǎn)程恢復(fù)03、06車CI。恢復(fù)后合VCB成功，繼續(xù)運(yùn)行。運(yùn)行途中，在02車運(yùn)行配電盤對(duì)變流器進(jìn)行控制電源復(fù)位操作，02車CI恢復(fù)正常。

動(dòng)車組入庫(kù)后，對(duì)CI數(shù)據(jù)進(jìn)行了下載。從下載的故障記錄分析，在02車高速記錄中幾乎同時(shí)上報(bào)了VDLV1S故障和CNV IPMF0故障。

VDLV1S：由中間直流電壓傳感器（DCPT）檢測(cè)到中間直流電壓欠壓。在2 000 V±3%的狀態(tài)下報(bào)出，在中間直流電壓恢復(fù)正常1 s后，自動(dòng)解除故障狀態(tài)。

CNV IPMF0：由IPM單元檢測(cè)到半導(dǎo)體元件狀態(tài)不一致，16 μs后上報(bào)，此故障不能自動(dòng)復(fù)位，需人工斷合100 V控制電源才能進(jìn)行復(fù)位。

從故障曲線上可以看出，VDL1S故障很快就消失了，而對(duì)于CNV IPMFO故障，系統(tǒng)是不能自動(dòng)恢復(fù)的，需人工斷合100 V控制電源才能復(fù)位，所以故障狀態(tài)一直沒有消除（見圖2）。

圖2 故障記錄分析

根據(jù)這一案例，我們可以得出以下兩點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)：

(1)車輛信息控制顯示器已經(jīng)清楚指出是02車CI故障，在跳VCB且不能通過遠(yuǎn)程控制復(fù)位恢復(fù)的情況下，應(yīng)立即切除02車CI裝置，再合VCB，用3個(gè)動(dòng)車維持運(yùn)行。02車CI故障可回庫(kù)再做處理。但在實(shí)際操作中，在停車復(fù)位前，司機(jī)未對(duì)02車做任何處理，導(dǎo)致CNVIPMFO故障始終沒有消除，所以VCB始終合不上，造成被迫停車。

(2)停車后，應(yīng)對(duì)02車進(jìn)行斷合100 V控制電方式進(jìn)行復(fù)位，這樣才能消除02車CI故障。但在實(shí)際操作中，司乘人員先后對(duì)06、03、02車CI進(jìn)行了遠(yuǎn)程復(fù)位（不是斷100 V控制電），不僅耽誤了時(shí)間，而且遠(yuǎn)程切除只能造成02車CI的隔離，使VCB可以閉合，并不能使02車CI投入運(yùn)行（未達(dá)到停車復(fù)位的真正意圖）。直到司乘人員在運(yùn)行過程中對(duì)02車CI進(jìn)行了100 V控制電源復(fù)位處理后，02車CI裝置才得以投入運(yùn)行。

從2007年6月16日起，2026A動(dòng)車組在運(yùn)行中多次報(bào)07車牽引變流器故障，時(shí)速在200 km以上時(shí)出現(xiàn)得十分頻繁（故障持續(xù)時(shí)間只幾秒鐘，但每隔幾秒至幾十秒報(bào)一次），且可以自動(dòng)恢復(fù)；時(shí)速200 km以下出現(xiàn)較少。故障代碼004。鑒于故障出現(xiàn)頻繁，為保護(hù)設(shè)備，司機(jī)隔離該車牽引變流器運(yùn)行。

庫(kù)內(nèi)在動(dòng)車組檢修模式下查出多次牽引變流器RBF故障（牽引變流器再生制動(dòng)失效），故障代碼029；牽引變流器MDF故障（牽引變流器牽引不動(dòng)作），故障代碼030（見圖3）。

圖3 CI故障記錄

6月16日，將07車CI無觸點(diǎn)控制裝置內(nèi)ISO插件、MPU1插件、MPU2插件與06車的對(duì)調(diào)，動(dòng)車組上線運(yùn)行，故障沒有轉(zhuǎn)移，仍隔離07車運(yùn)行；6月18日，將07車的CI裝置故障記錄下載下來，經(jīng)分析在低速記錄及故障履歷中有VDOV1S、VDOD2S、VDTD 等故障的記錄，對(duì)調(diào) 06、07 車的無觸點(diǎn)控制裝置，動(dòng)車組上線運(yùn)行，故障仍發(fā)生在07車，切除07車牽引變流器運(yùn)行；6月20日，對(duì)調(diào)06、07車CI裝置的DCPT1、DCPT2，動(dòng)車組上線運(yùn)行，故障仍未轉(zhuǎn)移；6月26日，通過現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)GS1開關(guān)未閉合，故障才得以消除。

同年，2024A和2034A動(dòng)車組在高速運(yùn)行時(shí)07車的CI報(bào)中間電壓過高或過低故障，經(jīng)查均為二級(jí)檢修之后，未將接地開關(guān)GS1閉合。

3 CRH2型動(dòng)車組CI故障原因分析及處理辦法

根據(jù)動(dòng)車組牽引變流器故障統(tǒng)計(jì)分析，牽引變流器故障的原因主要有兩個(gè)：程序出現(xiàn)紊亂或器件故障。以下是一些常見的故障處理方法。

3.1 途中應(yīng)急故障處理

CRH2型動(dòng)車組具有較完善的故障診斷、報(bào)警和應(yīng)急處理系統(tǒng)。能對(duì)牽引變流器發(fā)生的大部分故障進(jìn)行診斷、記錄和報(bào)警，并采取相應(yīng)的保護(hù)措施。發(fā)生故障時(shí)會(huì)有故障顯示、聲音報(bào)警、斷開交流接觸器K以及斷主斷路器VCB等現(xiàn)象。對(duì)于動(dòng)車組運(yùn)行途中牽引變流器故障報(bào)警的，一般通過以下步驟予以解決：

(1)按下操縱臺(tái)復(fù)位Rs按鈕2-3次，進(jìn)行系統(tǒng)小復(fù)位。觀察牽引變流器故障提示畫面，確認(rèn)牽引變流器故障是否恢復(fù)正常。

(2)若未恢復(fù)，在故障車運(yùn)行配電盤先斷開牽引變流器CICN斷路器，2～3 s后重新投入，再次確認(rèn)牽引變流器故障是否恢復(fù)正常。

(3)若采用了上述兩個(gè)步驟后還沒有解決問題，在運(yùn)行途中則只有切除相應(yīng)的動(dòng)力單元維持運(yùn)行，等動(dòng)車組停車后進(jìn)行大復(fù)位，即斷電降弓后再重新升弓投入主控制器。

3.2 入庫(kù)診斷及處理

在途中，若牽引變流器故障無法恢復(fù)，一般都是牽引變流器本身的器件或由于本身器件導(dǎo)致其他器件的故障引起的，則只有切除相應(yīng)的動(dòng)力單元或牽引變流器維持運(yùn)行，待回庫(kù)后檢修。庫(kù)內(nèi)檢修中，可采用以下方法查找和解決故障：

(1)對(duì)故障車輛進(jìn)行檢查。如檢查車下牽引電機(jī)各部狀態(tài)是否良好；檢查02車變流器速度傳感器插頭，無斷線及松動(dòng)；檢查變流器各內(nèi)部插件板、接觸器配線，確認(rèn)各部分狀態(tài)良好；檢查車上控制柜內(nèi)牽引變流器控制元件及其配線，確認(rèn)狀態(tài)良好。

(2)直接在車內(nèi)監(jiān)控屏打開牽引變流器信息畫面，讀取故障詳情。或是通過IC卡下載車載信息系統(tǒng)的動(dòng)車運(yùn)行故障信息，包括故障信息、變流器故障追蹤等相關(guān)項(xiàng)目，輸入地面微機(jī)進(jìn)行讀取和分析。

(3)在牽引變流器無觸點(diǎn)控制器內(nèi)，設(shè)定SCP板上開關(guān)，通過LED故障查看故障代碼。根據(jù)故障代碼可查出引起這類故障的原因，比如器件異常、脈沖發(fā)生器異常、充電不良、門極電源異常等，再進(jìn)行相應(yīng)的處理。

(4)為分析故障原因，可打開車下牽引變流器底板，找到變流器控制單元，通過SCR板上的插口，通過8芯線與筆記本電腦相連接，使用隨車帶的RFREAD-ER軟件下載有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

3.3 日常檢修維護(hù)

為了防止CRH2型動(dòng)車組由于牽引變流器冷卻濾網(wǎng)臟堵，通風(fēng)不良，造成牽引變流器內(nèi)部溫度高，發(fā)生保護(hù)動(dòng)作。在動(dòng)車組一級(jí)檢修中制定了如下預(yù)防措施：

(1)增加牽引變流器吸氣口過濾網(wǎng)的清洗更換頻次，由原來的每月一次改為每次一級(jí)修時(shí)更換；

(2)一級(jí)修時(shí)認(rèn)真檢查熱交換器狀態(tài)，對(duì)表面臟物進(jìn)行清除；

(3)一級(jí)修時(shí)對(duì)排風(fēng)口進(jìn)行檢查，徹底清除異物。

此外，在動(dòng)車組專項(xiàng)修時(shí)，還應(yīng)對(duì)牽引變流器進(jìn)行檢查和清潔，內(nèi)容包括：

①認(rèn)真確認(rèn)各部外觀狀態(tài)良好，懸掛部件安裝狀態(tài)良好，固定螺栓防松標(biāo)記清晰、無松動(dòng)；

②認(rèn)真檢查各配線管路無損傷、碰磨、變色，接線緊固；③檢查過程中注意保護(hù)光纖線路和各端子，避免磕碰、損壞。

4 結(jié)論

動(dòng)車組開行這幾年來，經(jīng)過技術(shù)人員及機(jī)械師的不斷努力，牽引變流器的途中應(yīng)急故障處理能力和入庫(kù)后的故障診斷處理能力已經(jīng)得到了很大提高。通過CI故障代碼找到起保護(hù)點(diǎn)，推斷可能原因并檢查對(duì)應(yīng)部件已成為CI故障診斷的關(guān)鍵。如果能夠繼續(xù)不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，全面掌握CRH2型動(dòng)車組牽引變流器故障識(shí)別、診斷、處理技術(shù)，制訂日常檢修維護(hù)方案，就可以在減少動(dòng)車組牽引變流器故障率的同時(shí)提高故障判斷處理的效率，最終達(dá)到提高動(dòng)車組運(yùn)用質(zhì)量的目的。