廣州地鐵一號線2930車的DC/AC故障分析

梁 明，李兆軍

(1.廣州地下鐵道總公司，廣東 廣州 510385；2.廣西大學機械工程學院，廣西 南寧530004)

DC/AC 轉換器的可靠性直接影響到車輛設備運行的可靠性[1~2]。2930 車DC/AC 在運行過程中經常會出現一些故障，從而影響2930 車的正常運行，因而，根據其故障特征及時診斷其故障特征和產生的原因，并有效予以排除，對確保2930 車安全可靠運行顯得十分重要。本文針對廣州地鐵一號線2930 車DC/AC 出現的故障，分析了其故障特征，通過運用各種測試手段和方法探究了其故障產生的原因，有效排除了其故障。

1 DC/AC 故障診斷過程

廣州地鐵一號線2930 車在大修作業的動調階段上試車線時，30A 車的DC/AC（輔助逆變器）出現嚴重故障。當用NI 儀器在30B 車測量該列車的動態數據和波形時，NI 設備出現不斷重啟的現象。首先，通過與車下實驗對比分析明確了該現象不是由NI主機故障導致的，查電路圖發現30B 車的電源插座是通過30A 車來供電的，是30A 車DC/AC 的故障導致了NI 主機的不斷重新啟動，接著對30A 車的DC/AC 的A307(相位檢測)、A008(微處理器控制板)及A009（狀態顯示板）進行了更換，但該列車在大修庫有電靜態時，DC/AC 仍然出現嚴重故障，于是又用DC/AC 的周轉件進行替換，利用NI 儀器在30A 車靜態測試2 小時左右，該DC/AC 工作正常，但2930 車在上正線運營后DC/AC 又多次出現嚴重故障。鑒于2930 車已更換過控制板件和整件，因而整件出現故障的機率較小，而由DC/AC 的負載或者是診斷系統、外部線路等原因導致故障的可能性較大。于是在營運結束后，對2930 車的KLIP 模塊4A02 進行了更換，將出現中等故障和嚴重故障的兩條模塊的輸入線30801 和30804 也進行了對調，如圖1 所示，這時2930 車上線運行時DC/AC 轉為報中等故障。

圖1 KLIP 模塊輸入電路圖

由于KLIP 模塊得到的故障報警信號是低電平有效，以上故障現象表明DC/AC 的輸出11 腳（30804）出現故障時，確實存在沒有輸出而掉電的情況，并且由于從DC/AC 內部診斷系統讀不到故障記錄，因此，可以判斷線路方面可能有接觸不良的情況，特別是DC/AC 的輸出11 腳（30804）到KLIP 模塊這段線路有可能存在接觸不良而導致瞬間掉電現象，從而導致故障報警信號激活而報DC/AC 嚴重（中等）故障。通過對圖2 所示的線路進行測量，包括3F21 到DC/AC 的19 腳，DC/AC 的10、11 腳到KLIP模塊的線路的測量發現，測量結果都在1Ω 以內，說明線路接觸電阻良好。于是將DC/AC 箱的接線的插頭的10、11、17、18、19、20 插針進行了更新，經過處理后，在庫內將30A 車的DC/AC 的兩臺空調負載都開啟進行測試，DC/AC 工作正常。

圖2 DC/AC 箱內局部線路圖

然而第二天2930 車在早高峰上正線運營時，DC/AC 又出現中等故障現象。經上車檢查發現，2930車在庫內時DC/AC 也出現了類似故障，但由于無法從DC/AC 的故障記錄中讀取到該故障的信息，于是打開DC/AC 蓋板觀察故障指示的發光二級管，發現指示動態電流不平衡的黃色發光二級管閃了一下，但瞬間恢復正常。由于前面已經排除診斷系統和線路的問題，因而故障DC/AC 有可能是由負載引起的，也就是說，有可能是由于負載使動態電流不平衡而導致DC/AC 出現故障的。同時，通過對故障記錄的分析發現，DC/AC故障發生的時間非常有規律，在試車線時DC/AC 故障大約每隔10 分鐘左右發生一次，而在正線運營時每次故障間隔的時間大約是6 分鐘左右，于是聯想到DC/AC 所帶的有規律啟動的負載，對30A 車的DC/AC所帶的負載進行分析，這些負載包括：30A 車的空氣壓縮機、30A 車1 位端空調壓縮機、30B 車2 位端空調壓縮機、兩臺空調機組的通風機及冷凝風扇和司機室的通風機等。經分析發現，在這些負載中，兩臺空調壓縮機的啟動會對負載電流造成較大影響，于是將30B 車二位端空調機組的控制電源打下來，即切掉30B 車二位端空調機組這個負載。通過以上操作，該車的DC/AC 再也沒有出現故障了，由此可以斷定，DC/AC的故障是由DC/AC 所帶的負載空調機組引起的。

同時，針對正線運營過程中30A 車的空調機組存在疑似風扇刮邊的響聲，在車輛回庫后開啟空調機組，并未發現任何異響，在斷電后上車頂檢查，也未發現相關的問題。之后，重新對30A 車供高壓網電，在庫里又對空調機組的運行情況進行了測試。首先，對單臺空調測試時，無論是30A 車1 位端空調壓縮機還是30B 車2 位端空調壓縮機，DC/AC 都沒有出現故障現象，兩臺空調機組同時測試，DC/AC 也沒有出現故障現象。

空調壓縮機故障原因一般都比較復雜[3~4]，故障點比較隱蔽。為了確定故障點在空調壓縮機上的確切位置，有必要對空調壓縮機的電流變化情況進行分析。通過應用鉗表對兩臺空調壓縮機的電流進行測量，得到30A 車1 位端空調壓縮的三相工作電流的值分別為21.4 A、20.7 A、21.6 A，而30B 車2 位端空調壓縮機的三相工作電流的值分別為21.7 A、22.3 A、23.1 A。顯然，所測得的30B 車2 位端空調壓縮機三相電流的值相差較大，其電流不平衡現象較突出。同時，通過對多種工況測試的情況進行對比發現，如果先啟動30B 車2 位端空調壓縮機，再啟動30A 車1 位端空調壓縮機，使兩臺空調機組工作正常，此時DC/AC 不會出現故障現象；但當先啟動30A 車1 位端空調壓縮機，再啟動30B 車2 位端空調壓縮機時，6K16 接觸器就會出現不停快速通斷達十幾次之多，主觸頭打火，其持續時間約2 秒，從而使6K16 接觸器斷開后無法再吸合；與此同時，在6K16 接觸器觸頭打火的瞬間，DC/AC 動態電流不平衡的黃色發光二級管閃爍，顯示DC/AC 已出現中等故障。以上分析表明，DC/AC 的故障是由30B 車2 位端空調壓縮機的電機三相工作電流不平衡所導致的。

2 DC/AC 故障原因分析

從以上DC/AC 故障診斷過程可以看出，由30B車2 位端空調壓縮機電機的相間不平衡而導致的空調壓縮機的啟動電流過大和相間電流偏差大，是造成DC/AC 檢測系統檢測到動態電流不平衡的主要原因。當30A 車1 位端空調壓縮機電機啟動后，DC/AC 已被占了部分容量，30B 車2 位端空調壓縮機電機的相間不平衡造成啟動電流過大，從而使DC/AC 所能提供的容量滿足不了30B 車2 位端空調壓縮機啟動的要求，致使6K16 接觸器不停快速通斷和主觸頭打火。而電機三相工作電流的不平衡導致動態電流檢測保護電路動作，從而封鎖了DC/AC 至30B 車2 位端空調壓縮機電機的輸出，最終導致30B 車2 位端空調壓縮機無法正常啟動，從而確認DC/AC 故障是由30B 車2 位端空調壓縮機引起的。為了對上述判斷結果進行進一步的驗證，又進行了相關試驗：將原本是由30C 車的DC/AC 供電的30B 車的1 位端空調和本來由30A 車DC/AC 供電的30B 車的2 位端空調（懷疑故障的空調機組）的主回路及控制回路的接線進行了對調，即30A 車DC/AC 供30B 車的1 位端空調而不供電給30B 的2 位端空調，此時，同時啟動兩臺空調并且無論先啟動30A 車1 位空調或是先啟動30B車的1 位空調，兩臺空調工作都正常，30A 車DC/AC工作也正常；若將30B 的2 位端空調變成由30C 車的DC/AC 拖動，當先啟動30C 車的DC/AC 所拖動的另一臺空調機組（30 C 車的2 位端空調），再啟動剛剛換過來的30B 車的2 位端空調機組（懷疑有問題的空調機組），這時30B 車的2 位端空調壓縮機對應的接觸器就會像之前一樣不停快速通斷且主觸頭打火，最后跳開，無法正常啟動。這一試驗表明，DC/AC 故障確實是由30B 車2 位端空調壓縮機引起的。圖3 所示為故障空調機組對應的接觸器6K16，對其解體觀察發現，接觸器6K16 的主觸頭已嚴重燒蝕。隨后對30B車的2 位端故障空調機組進行了更換，至今運行了五個月，DC/AC尚未有類似故障的發生。

圖3 接觸器6K16 實物圖

3 結束語

引起廣州地鐵一號線2930 車DC/AC 故障的原因可能是多方面的，本文運用各種測試方法對可能引起故障的各種原因逐一進行排查，最終有效探明故障特征及故障產生的根本原因，從而為2930 車的安全可靠運行提供了保障，也為類似故障的診斷提供了一定參考。

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