廣州地鐵5號線國產化輔助逆變器200%過載保護故障分析及整改

李永全

(廣州市地下鐵道總公司　運營二中心, 廣東廣州 511430)

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廣州地鐵5號線國產化輔助逆變器200%過載保護故障分析及整改

李永全

(廣州市地下鐵道總公司運營二中心, 廣東廣州 511430)

廣州地鐵5號線國產化輔助逆變器自投入運用以來，正線頻繁出現200%過載保護故障，重點分析導致該故障的原因并提出整改意見。

廣州地鐵5號線; 輔助逆變器; 200%過載保護

廣州地鐵5號線列車采用了國產化輔助逆變器(以下簡稱SIV)，6節編組列車共安裝了2臺SIV，每臺SIV負責為3節車提供交流380 V交流電源，自2013年3月份開始投入使用，同年7月份起陸續出現逆變器電路輸出200%過載保護故障(簡稱200C故障)，對列車正常運營帶來了極大的影響，多次造成列車調整下線。

1　SIV交流負載分析

表1為SIV交流負載統計表，從表中可知，空調壓縮機為列車主要的交流負載，其啟動瞬間電流較大，對SIV輸出電流的影響較大。空調壓縮機是制冷系統的心臟，可大致分為5大類型：往復式、螺桿式、回轉式、渦旋式和離心式，5號線國產化列車采用了螺桿式壓縮機，啟動電流通常比額定電流高5～6倍。

表1　SIV交流負載統計表

2　空調壓縮機啟動控制

每節車設置2個空調機組，由1個空調控制單元(以下簡稱ACU)控制機組工作。為了避免空調壓縮機與空氣壓縮機同時啟動造成的沖擊電流，通常利用列車控制系統(以下簡稱TMS)對空調壓縮機進行順序啟動控制，具體控制邏輯見圖1所示。

TMS通過車輛總線給ACU發送啟動碼，每隔10 s改變一次啟動碼，在制動空氣壓縮機沒有啟動的情況下，每個ACU每隔60 s接收到一次啟動碼。只有當ACU收到持續時間為2 s的啟動碼時，才啟動對空調機組的控制，若空調機組已啟動，ACU將自動忽略此信號。同時，當TMS檢測到空氣壓縮機正在啟動時，自動將10 s的時間間隔調整為13 s，以避免空調壓縮機與空氣壓縮機同時啟動。

ACU負責本節車2個空調機組壓縮機的順序啟動管理，保證每一時刻僅有1臺空調壓縮機啟動，當ACU收到啟動碼后立即控制1個機組的1臺壓縮機啟動，5 s后再啟動另外1個機組的1臺壓縮機，以此類推。

圖1　空調壓縮機順序啟動控制邏輯圖

3　原因分析

列車事件記錄儀數據顯示，發生200C故障前后，SIV輸出的三相交流電壓始終保持穩定，未發現明顯電壓波動，而電流則在60 ms內迅速上升到超過SIV相電流保護峰值(門檻值815 A)，當SIV相電流超過保護峰值，則報出200C故障，如圖2所示。

圖2　過載故障波形圖

為了進一步驗證多臺壓縮機組同時啟動的電流值，試驗人員利用示波器開展了電流測試試驗。當運行過

程中2個機組(4個壓縮機)關斷后立刻重啟，啟動瞬間的峰值電流為390 A，如圖3所示。

圖3　停止后立刻啟動電流波形

若2個機組壓縮機在靜止狀態下同時啟動，啟動瞬間的峰值電流約為640 A，如圖4所示。考慮到實際運用情況下，不可避免的存在電流諧波、畸變等因素。結合電流測試試驗的結果，如果4臺或更多壓縮機同時啟動，電流值便可能超過SIV保護值。

圖4　4臺壓縮機同時啟動電流波形

4　調查論證

為了進一步驗證空調實際運行中是否存在多臺壓縮機同時啟動的現象，現場利用列車網絡系統數字量采集模塊，監測空調壓縮機接觸器的通斷狀態，當接觸器接通后，壓縮機開始工作，因此監測接觸器的常開觸點狀態，便可掌握壓縮機的工作狀態。其中數字量采集模塊各端口所采集的壓縮機狀態位見表2所示，其中壓縮機3、壓縮機4接觸器觸點并聯后輸入到數字量采集模塊中。

表2　數字量采集模塊端口分配表

表3為2015年10月1日117118車的監測數據，監測周期為100 ms，從表中可以看出，涂黃色部分為異常現象，A1和B0車所有空調壓縮機出現同時斷開(約100 ms)，然后瞬間又同時閉合(約100 ms),隨后列車出現SIV 200C故障，SIV故障后停止輸出380 V交流電，因此200 ms后A1、B0、B1車所有壓縮機停止工作，由此證明實際運用過程中確實存在多個空調壓縮機同時啟動的情況。

表3　2015年10月1日117118車監測數據

注：表格中1表示壓縮機啟動，0表示壓縮機停止，涂黃色部分表示壓縮機正常工作時，停止后又瞬間同時啟動。

空調壓縮機接觸器直接受ACU的數字量輸入輸出板(DIO板)控制，該板塊負責接收主板發送的DIO設定數據包，DIO板解析該數據并刷新到硬件IO寄存器，使IO口驅動相關接觸器動作，在解析數據過程中，可能受到干擾使內存數據被意外修改，導致IO口狀態與主板發送的DIO數據包不相符，出現壓縮機等設備的閃斷。

由此在DIO板程序中增加數據校驗功能，即對比寄存器與主板發送的數據是否一致，若不一致則判斷為校驗錯誤，舍棄該數據包，重新接收主板發送的數據。2014年12月利用115116車裝車驗證新版DIO板軟件，分別監測3個時間點各節車空調壓縮機的啟動情況，結果如表4所示，除已刷新新版軟件的05A115車外，其余5節車仍然存在空調壓縮機閃斷現象，驗證了通過刷新DIO板軟件可有效解決壓縮機閃斷問題。

表4　新版DIO程序監測效果

5　結　論

刷新空調DIO板程序后解決了空調壓縮機閃斷問題，并經長期跟蹤，SIV 200C故障亦未再次出現。空調是輔助逆變器的重要負載，因此在設計階段必須采用順序啟動控制邏輯，同時要對IO端口的輸出進行嚴格的校驗，確保系統各部件的啟動能按照規定要求執行，才能最終避免出現負載突變而導致輔助逆變器輸出過載的問題。

[1]陳文卿,馬元,彭學院,等.制冷壓縮機基礎理論研究與關鍵技術開發[J].制冷學報,2010,(4)：14-21.

[2]南車青島四方機車車輛股份有限公司.廣州市軌道交通五號線直線電機車輛列車控制系統說明書[Z],2011.

[3]南車青島四方機車車輛股份有限公司.廣州市軌道交通五號線直線電機車輛SIV控制單元說明書[Z],2011.

[4]南車青島四方機車車輛股份有限公司.廣州市軌道交通五號線直線電機車輛空調控制單元說明書[Z],2014.Guangzhou Metro Line 5 Localization of the Auxiliary Inverter 200% Overload Protection Failure Analysis and Improvement

LIYongquan

(Guangzhou Metro Corporation, Operation Two Center, Guangzhou 511430 Guangdong, China)

Localization of GuangzhouMetro Line 5, the auxiliary inverter since put into use, the main frequent 200% overload protection failure, this paper analyses the cause of the failure and improvement opinions are put forward.

guangzhou metro line 5； auxiliary inverter； 200% overload protection

1008-7842 (2016) 04-0078-03

??)男，工程師(

2016-03-21)

U239.5

Adoi:10.3969/j.issn.1008-7842.2016.04.19