HXD1B 型機車控制電源柜內監控模塊故障分析及建議

郝 亮 張心悅

（廣州電力機車有限公司，廣東 廣州510850）

HXD1B 型六軸電力機車是中車株洲電力機車在HXD1 型電力機車設計制造技術平臺的基礎上與德國西門子合作研制的，該型機車采用IGBT 牽引變流器，單軸控制技術，單軸交流電牽引電動機最大功率1600 kW、總功率9600 kW；控制電源柜采用由深圳通業自主研發的TGY02[1]型電源柜，隨著HXD1B型機車在線路上運用考核，不斷優化完善控制電源柜各項監測指標，也發現電源柜監控模塊還存在一些小的缺陷，本文通過廣州電力機車有限公司檢修機車在段運行中發現的監控模塊故障，分析監控模塊工作原理和實際故障點，提出優化監控模塊控制程序方法的建議。

1 監控模塊故障的基本情況

2019 年5 月17 日，鄭州機務段配屬HXD1B0236 因蓄電池欠壓造成機車控制系統失電，請求救援后，機車控制電源恢復正常，但運行10 分鐘后，控制電源又突然失電，最終導致該機車產生機破。

1.1 監控模塊故障現象

回段后，由我司售后人員與深圳通業售后人員共同上車檢查，發現微機屏出現多條“蓄電池已欠壓”[2]故障，同時我司售后人員下載CCU 數據，通過SIBAS 32 Expert 2 軟件分析，同樣發現出現多次“蓄電池電壓低于85V”報警，

1.2 監控模塊故障處置情況

通過庫內高壓試驗，對控制電源柜監控模塊數據進行分析，發現監控模塊顯示的交流輸入電壓一直波動，最低達到AC150V，各個AC/DC 模塊隨著輸入電壓的波動，時而停止輸出，這個過程控制電源柜輸出電壓在80-86V 波動，而實際交流輸入電壓一致是AC440V 正常狀態。將該監控模塊與庫內正常車進行對調，故障隨著監控模塊轉移，在正常車上故障現象類似，監控模塊監測的輸入電壓在AC 149V 左右跳動，控制電源柜輸出時而停止。從而確定故障件為監控模塊。

2 監控模塊外部接口、過壓欠壓工作原理及故障分析

2.1 監控模塊外部接口

控制電源柜內監控模塊外部接口[3]如圖1 所示，監控模塊用于采集三相輸入電壓U1、V1、W1，電流傳感器B01、B02, 直流110V 充電模塊A01、A02、A03、A04，直流24V 充電模塊A07、A08 等信號，并通過軟件與硬件兩種途徑輸出監測數據及保護信號。其一通過硬線反饋給“信號轉接板A06”輸出過流、DCDC模塊故障、ACDC 模塊故障和斷路器Q01-Q05 斷開等硬線模擬量，直接用于斷開相關繼電器的電源輸入，起到保護作用。其二通過RS485 轉以太網模塊，將控制電源柜監控數據時時傳輸給機車微機控制系統CCU，通過軟件方式對該數據進行監測，并傳送到司機室微機顯示屏上。

圖1 監控模塊對外接口示意圖

2.2 監控模塊輸入過壓、欠壓工作原理

監控模塊通過對比輸入電壓和過欠壓基準電壓數值，控制光耦的通斷達到控制輸出開關信號FAIL，當輸入電壓大于過壓基準電壓時，或者小于基準電壓時，光耦導通，輸出FAIL 低電平信號；再利用開關信號FAIL 控制輸入繼電器和驅動波形的輸出斷開，從而控制模塊的輸出。HXD1B 型機車控制電源柜設計時，按照當三相交流輸入電壓小于350V±20V(10%負載)或大于540V±20V(10%負載)時，控制電源柜停止工作，電壓恢復正常后，系統自動恢復工作。即過壓保護值為540V±20V(10%負載)，欠壓保護值350V±20V(10%負載)，監控通過對輸入電壓采樣，進行預警提示。通過MATLAB 模擬電路如圖2 所示，對監控模塊過壓欠壓工作原理進行仿真，調節電阻R114 的大小，發現輸出開關信號FAIL 在高電平與低電平之間跳動。

圖2 過壓、欠壓仿真電路示意圖

2.3 HXD1B0236 機破故障原因

通過對故障監控模塊拆解，檢查電路板沒有可視異常，通電測試，發現在監控模塊靜態下，故障沒有重現，當晃動監控模塊時，故障再現，檢查發現交流輸入檢測電路的貼片電阻R170 一側焊盤存在電拉弧現象，使用表筆按照貼片電阻本體，拉弧現象消失，通過對貼片電阻重新焊接，測試正常，無論如何晃動監控模塊，故障均未出現。從而確定故障原因為監控模塊交流輸入檢測電阻采樣失真，導致采樣輸入電壓低于AC360V 時，監控模塊斷開AC/DC 模塊調壓端，使AC/DC 模塊停止工作，導致控制電源柜處于失效模式，蓄電池一直處于放電狀態。

3 整改方案及建議

通過同深圳通業廠家對HXD1B0236 機車控制電源柜故障分析，查出造成本次機破的主要原因由有兩個：a.監控模塊內部電路板電阻虛焊，導致輸入電壓采樣失真，從而產生誤判斷。b.充電模塊AC/D 本身已經具有過壓與欠壓保護，又在監控模塊內重新增加過壓、欠壓保護，導致程序過于復雜，產生過多保護，影響機車正常運行。通過分析，決定對控制電源柜程序進行優化，具體優化程序為，取消監控模塊內部輸入過欠壓保護功能，即當監控模塊監測到交流輸入異常時，不再執行保護動作，僅對外提示模塊故障，從而避免影響機車正常運行。

4 結論

本文通過對HXD1B0236 機車控制電源柜故障進行分析，查明了故障原因，并對后期如何防止此類故障提出了建議及程序優化措施，通過中車株洲電力機車設計部門驗證后，將對新造機車及在段運用機車實施優化，避免類似故障再次發生，影響機車正常運用。