和諧號動車組換端時全列斷電的故障分析及改進(jìn)建議

鄧 偉 中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司上海動車段

1 故障情況

某型號和諧號動車組換端作業(yè)過程中，車組全列斷電并自動降弓。檢查受電弓外觀可視部位無異常，重新升弓供電正常，后續(xù)運行情況正常。

車組停放檢修庫后，對車組進(jìn)行了詳細(xì)檢查，具體如下：

①下載弓網(wǎng)視頻監(jiān)控，回放發(fā)現(xiàn)車組斷電前受電弓無異常晃動、離線現(xiàn)象；

②下載APU數(shù)據(jù)無故障記錄；

③庫內(nèi)檢查受電弓外觀狀態(tài)良好，多次進(jìn)行升降弓試驗正常。測量受電弓升弓拉力在正常范圍內(nèi)；

④檢查01、00車司機(jī)室操縱臺【VCB斷】按鈕接線狀態(tài)良好，按鈕阻尼良好，觸點無卡滯，多次按壓【VCB斷】按鈕觸點動作良好；

考慮車輛網(wǎng)絡(luò)傳輸周期，數(shù)據(jù)至少需經(jīng)過500 ms才能發(fā)送給車組的DRWTD進(jìn)行記錄。由于故障時全列斷電，導(dǎo)致故障時刻的數(shù)據(jù)未被及時保存。

2 控制原理及故障情況分析

2.1 車組蓄電池充、放電原理

該型號動車組蓄電池通過輔助電源裝置采用DC 100 V恒壓浮充方式充電，充放電邏輯示意如圖1所示。當(dāng)主控投入時，BVR1繼電器得電，蓄電池接觸器BatK1線圈勵磁，其常開觸點閉合，蓄電池給全列103和102直流負(fù)載供電；當(dāng)車組升弓并閉合VCB后，輔助電源裝置（簡稱APU)開始工作，輸出DC 100 V給蓄電池浮充電，同時滿足全列103和102直流負(fù)載的用電需求。此時，如果車組拔取主控，BVR1繼電器常開觸點斷開，但VCB輔助觸點閉合仍然能夠給蓄電池充電。考慮蓄電池故障和長時間高溫浮充電有一定關(guān)系，因此改造取消了BatK1控制回路的VCB觸點，在車組高壓供電時拔取主控，蓄電池會停止充電。

圖1 蓄電池充放電邏輯示意圖

2.2 APU+ARfK啟停控制原理

該型號動車組APU及ARfK控制電路原理如圖2所示。輔助電源裝置通過ACK1接觸器從牽引變壓器3次側(cè)取入AC 400 V（+24%-31%）/50 Hz為其供電，其DC 100 V控制電源由103線供電。當(dāng)控制電源正常且VDT1檢測到輔助電源裝置輸入電壓達(dá)AC 250 V時，APU進(jìn)入工作狀態(tài)，逆變器輸出 AC 400 V（±10%）/50 Hz三相電，輔助整流器（簡稱 ARf）檢測到AC 400 V（±10%）/50 Hz三相電輸入后，輔助整流接觸器（簡稱ARfK）閉合并通過101線輸出DC 100 V電為103供電；當(dāng)控制電源正常且VDT1檢測到輔助電源裝置輸入電壓低于AC 230 V持續(xù)20 ms時，APU停機(jī)，逆變器無三相電輸出，輔助整流器ARf停止輸出DC 100 V電源。

圖2 APU工作原理示意圖

2.3 故障情況分析

正常情況下，當(dāng)進(jìn)行換端操作時，APU持續(xù)工作，其輸出的DC 100 V電能直接供車組全列直流控制負(fù)載，因動車組蓄電池控制回路改造后取消了VCB輔助觸點，蓄電池?zé)o法繼續(xù)為103線供電，在特殊情況下（如網(wǎng)壓瞬間過低）會導(dǎo)致APU瞬間停機(jī)，停止向103線輸出DC 100 V電源，進(jìn)而導(dǎo)致全列供電停止（如圖3）。

而未進(jìn)行蓄電池控制回路改造車組，在特殊情況下（如網(wǎng)壓瞬間過低）導(dǎo)致APU瞬間停機(jī)時，APU重啟過程中由蓄電池繼續(xù)為103線供電，全列103線負(fù)載不受影響（如圖4）。

圖3 改造前網(wǎng)壓中斷時直流供電持續(xù)

圖4 改造后網(wǎng)壓中斷時的直流供電停止

3 分析驗證

選取兩組該型號動車組進(jìn)行對比驗證，其中一組車無蓄電池充電回路中VCB常開輔助觸點，另一組車有蓄電池充電回路中VCB常開輔助觸點。驗證情況如下：

3.1 無輔助觸點車組

使用示波器監(jiān)測三次側(cè)電壓值756線、APU輸出電壓771線、控制回路103線電壓變化情況（如圖5）。升起受電弓，閉合VCB，拔取主控后斷開01車[輔助電源輸入電壓]空開，在00車操作[輔助電源輸入電壓]空開由閉合位-斷開位-閉合位，模擬網(wǎng)壓波動導(dǎo)致APU停機(jī)的狀態(tài)。

圖5 監(jiān)測位置示意

復(fù)位00車[輔助電源輸入電壓]空開，模擬網(wǎng)壓波動過程（如圖6），756線峰值電壓由292 V波動至5 V左右，持續(xù)278 ms后恢復(fù)至270 V；發(fā)現(xiàn)該過程中771線電壓由326 V持續(xù)降低，約1 s內(nèi)降低至0 V，APU停止工作；同時103線電壓持續(xù)降低，約1 s內(nèi)降至65以下，VCB斷開，受電弓降下，直流供電中斷，無車廂照明。

圖6 無輔助觸點車組波形

3.2 有輔助觸點車組

使用示波器監(jiān)測三次側(cè)電壓值756線、APU輸出電壓771線、控制回路103線電壓變化情況（如圖5）。升起受電弓，閉合VCB，拔取主控后斷開01車[輔助電源輸入電壓]空開，在00車操作[輔助電源輸入電壓]空開由閉合位-斷開位-閉合位，模擬網(wǎng)壓波動導(dǎo)致APU停機(jī)的狀態(tài)。

復(fù)位00車[輔助電源輸入電壓]空開，模擬網(wǎng)壓波動過程（如圖7），756線峰值電壓由293 V波動至5 V左右，持續(xù)1 100 ms后恢復(fù)至272 V；發(fā)現(xiàn)該過程中771線電壓由325 V持續(xù)降低，約2 250 ms后恢復(fù)至326 V，APU停機(jī)后再次工作；同時103線電壓降低至82 V后再次恢復(fù)至102 V，VCB未斷開，受電弓未降下，直流供電未中斷，車廂照明正常。

圖7 有輔助觸點車組波形

4 結(jié)論

通過對輔助供電電氣控制原理分析及對比驗證，能夠分析出故障原因為網(wǎng)壓波動導(dǎo)致APU輸出中斷，且由于蓄電池充電回路取消了VCB常開觸點，BatK1接觸器斷開，蓄電池?zé)o法向103線補(bǔ)充供電，導(dǎo)致全列103線負(fù)載供電中斷，全列VCB斷開、APU控制電源失電，此時即使網(wǎng)壓恢復(fù)正常，APU檢測到輸入電壓達(dá)到AC 250 V，但因APU控制電源失電，APU仍然無法繼續(xù)工作。此時APU能夠重新啟動的條件為APU控制電源DC 100 V正常，其次為APU檢測到輸入電壓達(dá)到AC 250 V。

5 改進(jìn)建議

5.1 恢復(fù)蓄電池控制回路的VCB輔助觸點

對該型號動車組恢復(fù)蓄電池控制回路的VCB輔助觸點，此舉能夠有效避免網(wǎng)壓波動帶來的車組停電故障，提高運行的可靠性。

5.2 加強(qiáng)蓄電池的日常檢修及安全改造

對該型號動車組蓄電池檢修要求中增加蓄電池電壓測量對比項點，及時發(fā)現(xiàn)損壞蓄電池，預(yù)防故障擴(kuò)大；結(jié)合高級修對蓄電池箱增加超溫保護(hù)裝置，能夠在蓄電池故障溫升時及時切斷蓄電池充電回路，有效避免蓄電池?zé)龘p。