CRH3型動車組牽引故障分析

薄森文

摘 要：近些年，動車組技術呈現井噴式發展。高速鐵路里程不斷更新，動車組的運量和運能也不斷提高，在動車組運用工作中對于牽引系統的故障處理至關重要。本文介紹了動車組牽引系統的主要組成，以動車組牽引電機溫度傳感器故障為例，介紹故障的具體描述，分析故障原因，并討論制定故障處理的具體方案。

關鍵詞：動車組 牽引系統 牽引電機故障

隨著我國高速鐵路技術的飛速發展，高度發達的動車組技術更是為旅客帶來了舒適便捷的綠色出行方式。2017年，我們完成了大量復興號的投放使用，在京津城際和京滬線路上，旅客能體驗到350Km/h的運行時速，領略中國速度。同時，伴隨著我國高鐵建設和運營里程的不斷突破，在動車組運用過程中不可避免的會發生各類故障。為了保證旅客的人身和財產安全，確保動車組良好的運行秩序，就需要根據故障呈現出的規律提前采取措施，避免或減少行車故障發生。

動車組運行過程中，其牽引和制動功能的運行狀態是最重要的監控對象。一旦動車組發生此類故障，將會影響整個高速鐵路線路的調度工作與正點運行情況。本文重點研究CEH3型動車組的牽引故障，解決牽引問題導致高速動車組運行時的安全隱患。

1 CRH3型動車組牽引系統組成

長編動車組牽引傳動系統采用8動8拖的動力配置，全列由四個牽引單元組成，每個牽引單元由一臺變壓器、兩臺變流器和八個牽引電機組成，全車共計32臺牽引電動機。全列輪周牽引總功率為18400kW，最高運行速度為380km/h，最高持續運行速度為350km/h。

1.1 牽引變壓器

牽引變壓器是動車組主要動力來源之一，如圖1-1。變壓器的主要電壓制式為：額定電壓為1AC 25kV/50Hz。其次級繞組為牽引變流器提供電能。電氣差動保護、冷卻液流量計和電子溫度計的主要功能是對主變壓器運行狀態進行監控和保護。在接觸網電壓的波動范圍內，經過主變壓器輸出的電壓、電流及功率滿足動車組的牽引和再生制動的指令。

1.2 牽引變流器

每一個牽引變流器由2 個4 象限斬波器（4QC），一個帶串聯諧振電路的中間電壓電路，1個過壓限制器（MUB）以及1個脈沖寬度調制逆變器（PWMI）組成。在變流器中使用的半導體是具有6.5 kV 關斷電壓的水冷IGBT。 如圖1-2.

1.3 牽引電機

長編CRH3型動車組有32 個牽引電機，這些電機被安裝在下列動力轉向架上：頭車01/16，動車03/14，動車06/11 和動車08/09。動力轉向架的每一條輪對都裝有一個牽引電機（如圖1-3），電機被相對于列車方向橫向安裝在轉向架上。牽引電機采用1TB-2019 型號的4極3相異步電機。采用強迫風冷卻。采用溫度監測方式以保護牽引電機過熱。

2 動車組高壓牽引典型故障

牽引系統的故障較多，本文選取牽引電機的故障為例介紹一下對于牽引系統故障的處理方案。牽引電機的主要作用是將電能轉化成為動能，從而驅動動輪產生驅動力，可以將牽引電機理解為動車組的心臟。牽引電機一旦發生故障，動車組相應的動輪將失去動力。導致降速或者停車的風險。

2.1 牽引電機故障案例

2015年3月17日，有天津開往北京南的C2012次動車組由于報8車牽引電機溫度感應故障，代碼293A，計劃折返C2019次啟用北京南站熱備的動車組擔當。這起典型的牽引電機故障現象，其描述如下：“電機1和電機2的溫度傳感器同時故障，或電機3和電機4的溫度傳感器同時故障，則TCU暫時封鎖逆變器，輸出牽引轉矩為零，CCU不限速。如果電機定子溫度傳感器故障在10分鐘后仍存在則認為電機溫度傳感器永久故障，TCU永久封鎖逆變器，除非軟件復位變流器，輸出牽引轉矩為零，CCU不限速。故障代碼如下：

293A 疊片牽引電機2： 溫度感應故障 （Maintenance）

293B 疊片牽引電機3： 溫度感應故障 （Maintenance）

293C 疊片牽引電機4： 溫度感應故障 （Maintenance）。”

（2）故障原因分析

TCU通過Compact Pt100得到電機MVB原始溫度數值。在Compact Pt100工作正常的情況下，如果來自MVB的定子溫度數據讀取錯誤，則TCU認為電機定子溫度傳感器故障。電機定子溫度上升過快，超過最大的溫度上升率上限，是電機溫度傳感器故障所致，此時得到的電機定子溫度值不可信。在溫度傳感器故障恢復以前，TCU會將此電機定子溫度值剔除，不會再用此電機的定子溫度值進行超溫判斷。電機1和電機2的溫度傳感器同時故障，或電機3和電機4的溫度傳感器同時故障，則TCU暫時封鎖逆變器，輸出牽引轉矩為零，CCU不限速。如果電機定子溫度傳感器故障在10分鐘后仍存在則認為電機溫度傳感器永久故障，TCU永久封鎖逆變器，除非軟件復位變流器，輸出牽引轉矩為零，CCU不限速。

2.2 應急處理與維修方案

用Monitor檢測以下四個電機定子的溫度，通過對比分析可以判斷出故障位置；檢查COMPACT Pt100 溫度傳感器輸入接線有無松動。當動車組處于靜止停車狀態時，通過主控制器的零位確認使牽引系統自動恢復；如果頻繁發生故障或者無法恢復：在“開關，牽引”頁面上切除牽引變流器；大約30s后閉合真空斷路器；動車組以減少25%的牽引功率運行。當列車處于運行狀態時，如果頻繁發生故障或者無法恢復：在“開關，牽引”頁面上切除牽引變流器；大約30s后閉合真空斷路器；動車組以減少25%的牽引功率運行。動車組在檢修時，首先用Monitor檢測以下幾個電機的溫度，對比分析后找出故障發生的位置，第二步檢查COMPACT Pt100模塊中的溫度傳感器輸入位置的接線有無松動，安裝是否正常，排除異物撞擊的可能性；第三步是檢查COMPACT Pt100模塊的功能和狀態是否正常，不正常時則需要更換；第四步是檢查牽引電機的各個溫度傳感器是否故障，利用萬用表檢查接線是否存在短路以及斷路的情況，檢查傳感器的阻值是否符合標準，有不正常的測量結果則需要更換。

3 結語

牽引電機是動車組的關鍵大部件，其發生的每一條故障對于動車組的安全運行均存在嚴重的影響，因此對于牽引電機故障的統計、整理、分析和風險研判尤為重要，在應用中不斷地積累經驗，以實現動車組運用工作的高效性，安全性。