HXD1型機車電壓傳感器引起主電路接地故障分析

摘 要：結合案例介紹主回路接地故障處理方法，以HXD1機車主回路接地故障案例為主介紹半電壓傳感器故障處理的思路，分析故障原因并總結了故障處理方法，為處理類似故障提供參考。

關鍵詞： HXD1型電力機車；TCU；電壓傳感器；主電路接地；故障分析

一、概述

HXD1型（深度國產化）八軸9600kW貨運交流電力機車，裝備時代電氣自主研發的網絡控制系統、牽引變流器和機車狀態顯示屏。自2013年1月運用以來，因VH3半電壓傳感器故障導致牽引控制單元（以下簡稱TCU）報主電路接地故障偶有發生。本文重點介紹了主電路接地判斷原理，并通過介紹HXD1機車主電路接地故障案例，對故障原因進行了深度分析，并提出了相應的處理方案。

二、故障現象

2013年出現5起因VH3半電壓傳感器故障導致TCU報主電路接地故障，故障現象如下：

HXD1-1010機車B節途中出現TCU2主電路接地故障；

HXD1-1020機車A節途中出現TCU1主電路接地故障；

HXD1-1032機車A節途中出現TCU2主電路接地故障；

HXD1-1029機車A節途中出現TCU1主電路接地故障；

HXD1-1034機車A節途中出現TCU1主電路接地故障。

三、原理現象

（一）主電路

主電路如圖1所示，每臺牽引變流器包括有2組完全獨立供電單元，向2個轉向架的4臺牽引電機及本節輔助電路供電。其中R1A、R2A（R1B、R2B）為固定放電電阻，阻值均相同。一方面用于固定放電，當斬波放電電路故障時可以將中間直流電壓（支撐電容電壓）放至安全電壓以下，另一方面用于接地檢測。 R1A、R2A（R1B、R2B）串聯中點接地，中點檢測信號送到TCU判斷主電路是否接地。VH3A（VH3B）為半電壓傳感器，R1A、R2A、VH3A組成TCU1的半電壓檢測電路，R1B、R2B、VH3B組成TCU2的半電壓檢測電路。

圖1 主電路圖

（二）傳動控制系統

主電路接地故障主要由傳動控制單元負責完成接地檢測、判斷及保護。其判斷原理為：在四象限啟動后，中間直流電壓達到1600V時，中間直流半電壓VH3采集的電壓滿足條件VH3>1500V或VH3<300V，TCU判斷為主電路接地故障，發出分主斷請求保護。

中間直流半電壓信號檢測流程：中間直流半電壓（1/2Ud）由VH3檢測后，經模擬輸入A板（以下簡稱APA）采樣，并將電流源信號轉為電壓信號（采樣測試比例關系見表1）送給網側信號板（以下簡稱LSC），最終由網側控制板（以下簡稱LCC）模/數轉換后，通過軟件判斷電路接地故障。

表1 APA中間直流電壓測試孔定義

四、故障處理與分析

（一）數據分析方法 針對主電路接地故障，主要是分析中間直流電壓的數據，通過分析半電壓、全電壓波形，以及對比兩者之間的關系初步判斷出機車的故障點，一般判斷方法如表2所示：

（二）典型案例分析

1、HXD1-1010機車TCU故障記錄數據分析。中間直流半電壓值一直呈負值（低于-2000V，<300V），待TCU四象限啟動后，中間直流電壓達到1600V時，滿足TCU主電路接地判斷條件，導致TCU發出分主斷保護請求。當主斷跳開后，TCU開通斬波電路，將中間直流電壓已放置安全電壓以下，此時VH1=VH2=0V，但半電壓VH3≠0，如表2中第5項所示，則基本可以將故障鎖定為VH3檢測通道異常所致。

2、HXD1-1032機車TCU故障記錄數據分析。中間直流半電壓值已超出了接地保護門檻值（VH3>1500V），導致TCU發出分主斷保護請求。當將中間直流電壓已放置安全電壓以下時，VH1=VH2=0V，而半電壓VH3>0，如表2中第5項所示，則可以將故障鎖定為VH3檢測通道輸出偏高所致。

3、HXD1-1029機車TCU故障記錄數據分析。中間直流半電壓值已超出了接地保護門檻值（VH3<300V），導致TCU發出分主斷保護請求。當將中間直流電壓已放置安全電壓以下時，VH1=VH2=0V，而半電壓VH3<0，如表2中第5項所示，則可以將故障鎖定為VH3檢測通道輸出偏低所致。

（三）故障排查方法

下載數據分析只能初步判定故障范圍，并不能準確鎖定到某一個故障點。因此，在鎖定故障范圍后，還是需要進一步排查，找出故障點。當機車故障現象為死故障時，可以通過最簡單的對換或更換相關部件的方法進行排查；但當機車故障現象為活故障時（庫內故障不重現），對換或更換部件的方法就無法確定故障點；此時應運用TCU實時監視軟件監測分析的方法進行排查。

下面以1029機車故障為例，介紹一下半電壓VH3檢測通道異常故障的排查方法。

2013年4月20日，HXD1-1029機車運行途中A節多次出現TCU1主電路接地故障，但機車回段庫內高壓試驗故障不重現。通過分析，機車故障原因可以鎖定為VH3檢測信號輸出偏低所致。如圖2所示，VH3電壓傳感器、模擬入出A板（APA）、網側信號板（LSC）、網側控制板（LCC）及相關連接線路等故障，均有可能引起VH3檢測信號輸出偏低。

1、監視故障排查前數據，用于后面排查故障時做參考。故障排查前數據：低壓時，中間直流全電壓為0，而半電壓為-120V，說明低壓時，半電壓信號偏低120V；高壓時，中間直流本電壓約為1780V，而半電壓為622V，說明高壓時，半電壓信號偏低268V（1780/2-622）。

2、根據以往的經驗，首先對調故障率較高的部件。將VH3信號線與VH1對調后，低壓試驗監測發現故障現象轉移置VH1檢測通道上了，則可以判斷故障點為VH3傳感器故障。若此時故障未轉移，需進一步對調其它部件監視排查。

3、更換故障品后，驗證效果。更換VH3電壓傳感器后，機車高壓試驗中間直流全電壓、半電壓信號值均恢復正常，機車故障已消除。

五、結束語

1、通過對此類故障的檢查處理，熟悉的掌握了主電路接地相關的原理以及故障處理方法，為以后相關故障排查積累經驗。

2、此類故障處理，充分的利用網絡故障數據、TCU故障數據以及實時監控軟件，進一步說明故障數據的重要性，以及應當掌握相關分析數據的能力。

3、對于處理能通過故障數據來分析的類似故障，比如TCU主電路問題，需要充分利用相關網絡故障數據、TCU故障數據等，對其進行分析，并結合相關原理和經驗進行故障判斷。

參考文獻

[1] 彭軍華，HXD1型（深度國產化）電力機車牽引變流器使用維護說明書.株洲：株洲南車時代電氣股份有限公司，2012.

作者簡介：

彭鵬，男，1985年1月、漢族、湖南株洲、助理工程師。