CRH2A型動車組脈沖整流器的運用故障及分析

顧 強 上海鐵路局上海動車客車段

1 CRH2A型動車組脈沖整流器概況

脈沖整流器是動車組的電源側變流器，與后面的逆變器配套構成了CRH2A型動車組的牽引變流器。在牽引時作為整流器，在再生制動時作為逆變器。它要保證中間直流環節的電壓恒定、交流電網側功率因數接近1，還要消除諧波，使電網電流盡量接近正弦，最大程度地提高電網的經濟效益，減少電網對周圍環境的電磁污染。對于直流側，在電網電壓或負載發生變化時，能夠維持中間直流電壓的穩定，給牽引電機側逆變器提供良好的工作條件。脈沖整流器可以實現牽引與再生工況間快速平滑地轉換，因此脈沖整流器是交流傳動動車組上的一個重要電氣部件。

1.1 脈沖整流器的組成

CRH2A型動車組的脈沖整流器部分由單相電壓型三點式PWM脈沖整流器和交流接觸器K構成，輸入電壓為牽引變壓器牽引繞組輸出的AC 1 500 V、50 Hz交流電壓，通過無觸點控制裝置的控制，實現輸出直流電壓為 2 600～3 000 V（按速度范圍變化可調）的定電壓控制以及牽引變壓器原邊側電壓電流單位功率因數的控制。此外，還可通過無觸點控制裝置實現保護功能。再生制動時脈沖整流器工作在逆變狀態，以中間回路支撐電容器輸出電壓 DC3 000 V為輸入，向牽引變壓器側輸出AC 1 500 V、50 Hz電壓。交流接觸器K控制輸入側主電路的接通、斷開。

1.2 脈沖整流器基本工作原理

圖1為三點式四象限變流器主電路圖。四象限變流器各橋臂元件的開關狀態采用正弦調制波us1'與三角波相交的方法，則在A、B端可獲得正弦脈寬調制的電壓波形us。忽略iN與us的高次諧波，只考慮其基波iN1與us1，則有uN=iN1Z+us1。調整us1的幅值和相位，即可使iN1在四個象限內隨意變化，使牽引時iN1與uN同相，再生制動時iN1與uN反相，功率因數接近1。這便是四象限變流器的基本工作原理。

圖1 三點式四象限變流器主電路圖

1.3 牽引狀態下的仿真

CRH2動車組的四象限整流器采取瞬態電流控制。根據四象限便流器的控制原理，瞬態電流直接電流控制需要四個傳感器，分別用于測量網側電源電壓uN、網側輸入電流iN，和直流側兩個電容的電壓u1、u2。根據數學模型可以做出仿真圖（ 見圖 2）。

圖2 數學模型下的仿真圖

由圖2可以看出在0.1 s電流波形基本保持穩定后，電流與電壓可以保持同相位，所以可以知道在此狀態下功率因數十分接近于1。

2 故障處理實例

例1：2011年7月22日，D3206次（由CRH2185A擔當）運行至瑞安至福安北區間，218506車報牽引變流器（141）故障，218507車報牽引變流器（004）故障，復位無效，機械師斷開06車牽引變流器NFB，復位后故障消除，維持運行。

故障處理：廠家下載數據分析，判斷認為CRH2185A 07車報（004）故障，是由于接觸網電壓波動大，牽引變流器自我保護造成。

例2：2011年7月28日，由CRH2157A擔當D5477次（合肥～江山），00車為主控端。列車運行至余杭～諸暨區間，隨車機械師接司機匯報，稱215702車報牽引變流器004故障。司機兩次進行RS復位均無效，隨車機械師切除02車牽引變流器并維持運行，未影響行車。

故障處理：CRH2157A入上海南動車運用所后，技術、質檢、檢修和四方售后等人員對CRH2157A進行詳細檢查，將02、03車無觸點進行互換，更換02車的BUF板，試驗正常。

3 原因分析

由上述案例分析，故障可分為兩大類，一類為外部設備引起，如外部電壓大，控制電源異常等。另一類的故障是由于設備本身引起的，如無觸點控制裝置故障、牽引電機過電流、牽引電機電流不平衡等。

4 應急故障處理

CRH2A型動車組有完善的故障診斷、報警和應急處理系統，在動車組運行中能對牽引變流器發生的各種故障進行診斷、記錄和報警，并采取相應的保護措施。當有故障發生時，在監控室內MON監視屏主菜單上出現“故障發生”提示，并伴有聲音報警。隨車機械師一般通過以下步驟操作：

（1）按壓RS復位2～3次。若恢復，正常運行。

（2）若無法恢復，則斷開牽引變流器CICN，2～3s后恢復運行。

（3）若仍未能解決問題，則遠程切除相應M車，維持運行，待動車組停車后，進行大復位處理。

5 入庫診斷處理

在庫內檢修，可采用以下方法處理：

（1）對故障車輛進行詳細檢查。包括牽引電機外部狀態，各接線是否良好、有無松動；變流器內部各插件、接觸器是否良好；控制柜內各元器件及接線的狀態是否良好。

（2）在無觸點控制器內，設定SCP板上開關，通過LED故障查看故障代碼。通過故障代碼可查出引起這類故障的原因，如脈沖器異常、門電源異常等，再進行相應的處理。

（3）下載數據進行分析。可打開車下變流器底板，找到變流器控制單元，通過SCR板上的插口，與電腦連接下載數據進行分析。

6 結束語

CRH2A型動車組脈沖整流器經過了幾年的運用，通過仿真與動車組的運行證明，在正常的負載范圍內與網壓范圍內，其使用性能非常可靠。經過技術人員和機械師的努力，途中應急故障處理和入庫后的故障診斷處理能力有了很大提高，故障也在逐步減少。我們將繼續努力，不斷提高故障處理能力，為動車組的安全運行而努力。