GZ128增購車T14列正線調試跳高斷故障分析及解決措施

廖 俊

（廣州市地下鐵道總公司，廣東廣州 510310）

1 故障現象

2013 年1 月23 日凌晨，GZ128 增購車項目T14 車正線調試時，在未動車的情況下，突然出現4 個動車高速斷路器同時跳開的現象，并一直報“高斷允許線圈反饋故障”及“VVVF 嚴重故障”，HMI 屏顯示受電弓狀態正常（都為升弓狀態），多次嘗試合主斷不成功，重新分合蓄電池后合主斷恢復正常。

2 高斷允許回路簡介

DCU 的DIO 插件發出高斷允許信號后，經由車上電路（升弓保持、緊急停車這兩個繼電器的相關觸點），再回到高壓箱內的“高斷允許繼電器”線圈上，此線圈的閉合為執行合高斷操作的第一步[1]，具體見圖1所示。

3 高斷允許線圈反饋故障

如圖2 和表1 所示，根據AND 邏輯，要DIO_MCB_En_Fault 為 1，則 DIO_MCB_En、SMC_MCB_En、MVB_Arc_State三個量必須分別是1、0、1，SMC_MCB_En為1是應該的，主斷是允許的，因為當時受電弓狀態正常（都為升弓狀態），即MVB_Arc_State 是為1，DIO_MCB_En 肯定是為0了。

圖1 高斷允許回路電路圖

表1 信號說明

圖2 高斷允許線圈反饋故障邏輯圖

從原理圖來看，導致DIO_MCB_En為0，只有21-K08 失電，且四個車的DIO_MCB_En（主斷允許反饋）都為0，緊急停車環線可能出了問題。

4 現場故障排查

1 月24/25 日，調試技術人員圍繞T14 高斷允許回路進行了排查，未發現回路信號有異常。但發現T14 車在受電弓未完全升到位的情況下按“HSCB 合”按鈕，很容易報出“高斷允許線圈反饋”故障，并跳開高斷。

1 月26 日，調試技術人員進一步排查，發現在受電弓未完全升到位的情況下按“HSCB合”按鈕，能檢測到網壓信號出現超過2 000 V的尖峰值（微秒級時間間隔），T14/T15兩車出現了SPU發出跳高斷指令的情況。

5 故障原因分析

5.1 DCU體系結構簡介

在分析此故障之前，先簡單介紹下DCU內和此有關的3塊插件：SPU/SMC/DIO，如圖3所示。

圖3 傳動控制單元DCU框圖

SPU：Signal Processing Uint，信號處理單元，在DCU子系統中承擔電流/電壓等模擬信號采樣/放大等功能，同時還通過CPLD 程序進行相關故障的保護（通常稱此種保護為硬件保護），保護的響應級別為微秒級。

SMC：System Management and Communication，系統管理與通信，為DCU 子系統的主控CPU 板，承擔子系統的內部通信管理、邏輯控制及保護、MVB 通信等功能，其任務處理周期為10 ms。

DIO：Digital Input and Output，數字入出，為DCU子系統對外的110 V I/O信號接口插件，DCU對高壓箱內高斷/接觸器/繼電器等的控制最終都是通過DIO來完成的。

關于高斷允許這個信號，可以簡單表述為以下的一個AND 邏輯關系，如圖4 所示，其中SMC發出的高斷允許是綜合了SPU 高斷允許信號的，即：如果SPU 發了禁高斷，會告知SMC，SMC 也會立即禁高斷。

圖4 高斷允許邏輯關系圖

5.2 SPU改造相關背景

SPU 在DCU 子系統中承擔了硬件保護的功能，其中關于網壓過壓的保護門檻，最初的整定值為2 000 V，即如果SPU 檢測到網壓值大于2 000 V，立即發出禁高斷信號并鎖定故障，同時報給SMC 插件。廣州128 增購車項目在投入運營初期，發生過網壓過壓跳高斷現象，由于廣州地鐵的供網條件不算很好，正線線路上確存在瞬間超2 000 V的可能。基于此，DCU進行了調整，取消了SPU 對網壓過壓故障的檢測與動作，改由SMC軟件做兩級門檻來保護。具體為：SPU不直接做網壓過壓故障的判斷，SMC 不再理會SPU 報過來的網壓過壓故障條目，SMC 自己根據SPU 送來的網壓值做判斷，設兩級門檻：I級為超過2 000 V達到500 ms；II 級為超過2 350 V 達到10 ms。任一門檻達到后，SMC發出禁高斷指令[2]。

南車時代設計人員完成了相關技術驗證后，歸檔程序，提交了改造申請，由售后人員執行升級新版程序的操作。

5.3 T14正線調試四車跳主斷故障分析

1 月26 日，南車時代技術人員趕赴現場后，確認了一個情況：T14/T15兩列車并未進行SPU插件的改造，但SMC程序已改造到位了。

綜合這些信息，可進一步分析，1 月23 日凌晨正線調試時的四節動車同時跳高斷，很有可能就是瞬間出現了網壓超過2 000 V（低于500 ms），SPU 檢測到網壓瞬間大于2 000 V（持續時間少于500 ms），會執行跳高斷動作（發出禁高斷信號），但SMC 已經屏蔽了SPU 報來的此故障條目，而SMC 還是會發出高斷允許信號，因SPU 禁了高斷，因此DIO 不會發出高斷允許，所以高斷允許繼電器線圈也得不了電，但從SMC的角度而言，就變成了“SMC 發出了高斷允許，在升弓保持/緊急停車回路都已建立起來的情況下，但收不到高斷允許反饋”，所以會報“高斷允許線圈反饋故障”[3]。

出現此故障后，跟車人員進行了按復位按鈕復位的操作，但無法復位，這是因為，SMC 收到復位指令后，如果本DCU未出現故障，不會下發復位指令，也從某種層面佐證了“此故障為SPU動作并鎖死的故障，但SMC 不認為是故障”。而對于這種情況，在T14/T15 兩車SPU 插件未改造的前提下，對于網壓過壓，確會出現。

5.4 升弓后立即合高斷網壓監控

在T15 車（SPU 未改造）上進行測試，發現了如下現象：在I端動車監控，在任一端進行升弓操作，都發現在受電弓未完全升到位的情況下按“HSCB 合”按鈕（即高斷先合，受電弓后觸網）時，I 端DCU 能監測到一個微秒級的網壓尖峰值，超過了2 100 V，如圖5所示。

5.5 整改方法

（1）對于T14/15 列車對SPU 插件進行改造，刷新應用程序。

（2）為保證已有車輛裝車SPU 插件程序正確有效，對SPU 插件功能進行重新驗證。驗證方法：在高斷先合受電弓后觸網的情況下，相當于模擬出一個大于2 000 V的尖峰電壓。用已有車輛進行此類操作，同時用監控軟件進行網壓波形監控，當尖峰電壓出現時，觀察高斷狀態。如高斷狀態正常。即SPU 程序已做更新，如出現跳高斷情況，需對SPU 插件程序進行重新更新，并再次進行操作確認。

圖5 DCU軟件實時監控圖

6 結束語

通過SPU 改造有效解決了GZ128 增購車T14車跳主斷問題，同時對于T14 車的故障跟蹤及處理也進一步證明了在合主斷瞬間有反向電壓，這為今后GZ128 增購車處理此類故障具有較大的參考和指導意義。

［1］CSR.廣州地鐵一、二、八號線傳動控制單元（DCU）用戶手冊［Z］.2011.

［2］CSR.廣州地鐵128 號線列車牽引系統用戶手冊［Z］.2011.

［3］CSR.TDG4型母線高速斷路器箱用戶手冊［Z］.2011.