電力蓄電池工程車BMS采集板燒損故障分析

摘要：針對廣州地鐵電力蓄電池工程車在應用過程中，由蓄電池供電模式轉換為第三軌供電模式時，BMS采集線破損使線芯對箱體放電造成采集板燒損的故障，深入查找了故障原因，為類似故障處理提供了參考，以免影響地鐵電力蓄電池工程車的正常運行。

關鍵詞：工程車;BMS;放電;采集板燒損

1 蓄電池控制原理

1.1? ? 蓄電池管理系統

廣州地鐵的電力蓄電池工程車采用接觸網、第三軌及牽引蓄電池3種供電模式運行，并配備有蓄電池管理系統（簡稱BMS），利用數據采集模塊檢測牽引蓄電池各單體的電壓、電流、溫度參數，并通過顯示屏顯示實時信息和故障信息，為相關工作人員提供數據參考。

1.2? ? 蓄電池接地保護

接地保護故障原理如圖1所示。電力蓄電池工程車的牽引蓄電池由8箱（=11-G01～G08，每箱48節）蓄電池單體通過串聯形式組成。在蓄電池供電模式下，為保護主電路系統，牽引蓄電池負極設置有負極接地檢測電路，用于檢測蓄電池是否出現接地故障。負極接地檢測回路由電流傳感器（=11-B12）和檢測電阻（=11-R01）組成。當牽引蓄電池組正極出現接地故障時，蓄電池正極與負極檢測回路之間形成回路，電流傳感器（=11-B12）檢測到牽引蓄電池供電回路的漏電流，并報“牽引蓄電池接地故障”。

工程車由蓄電池供電模式轉換為接觸網或第三軌供電模式時，在出現牽引蓄電池接地等故障情況下，將導致正負極電流產生差異，通過差分電流傳感器可判斷正負極電流的差值，按故障等級報“差動電流大于1 A”或“差動電流大于50 A”。

2 系統數據分析

2.1? ? 蓄電池管理系統數據分析

BMS顯示屏報“蓄電池單體欠壓”故障，此時查看具體參數：第1箱蓄電池第1～20節電壓顯示為0 V;第21～24節電壓異常，分別為0.32 V、1.75 V、3.09 V、3.25 V。工程車回庫后使用萬用表測量蓄電池電壓均在2.00～2.20 V標準范圍內，且自身無燒損痕跡，說明蓄電池運行狀態正常。

筆者檢查發現第1箱蓄電池對應的BMS采集板支架燒穿，采集板連接器X2和X3的采集線線束斷股，如圖2所示。其中，第1～20節的數據采集連接器為X2，第21～24節的數據采集連接器為X3。

筆者進一步對BMS系統記錄電壓數據進行分析，可得出以下結論：

（1）第1～20蓄電池節單體電壓為0 V，此數據表明數據采集插頭的采集線全部燒斷。

（2）第21節蓄電池單體有微弱電壓，此數據表明該節蓄電池采集線未完全燒斷。

（3）第22節蓄電池單體顯示欠電壓，該節電池采集線與帶有電壓的箱體粘連，導致該節采集線雖熔斷但仍有電壓信號顯示。

（4）第23～24節蓄電池單體顯示過電壓，采集線已經熔斷，采集觸點觸碰箱體或者其他部分，導致該采集精度已失效。

2.2? ? 故障記錄的數據分析

筆者通過解析工程車故障記錄數據，還原該故障發生及發展的過程，故障記錄數據如圖3所示，故障記錄分析如圖4所示。

（1）2019-06-01T00：20：56，事件記錄顯示此刻機車采用第三軌供電模式升靴成功（升靴信號為高電平1），而在此之前為蓄電池供電模式，未出現異常情況。

（2）2019-06-01T00：20：58，系統首先檢測主回路差分電流大于1 A報警后，又瞬間檢測到差分電流大于50 A報警，同時主電路接地報警;出于工程車自身防護需要，系統控制受流器自動降靴，且該時刻的牽引蓄電池電壓值從804 V驟降至674 V。可推斷此刻為故障發生初始點，第1箱部分蓄電池單體已出現放電現象。

（3）2019-06-01T00：20：59—00：21：01，該時間段主電路仍然檢測到差分電流大于1 A報警，差分電流大于50 A報警，主電路接地故障消失;牽引蓄電池電壓從674 V逐漸回升至794 V，可推斷該時間段放電故障已結束。

3 故障分析

3.1? ? 連接器X2、X3采集線燒損故障分析

筆者檢查現場第1箱牽引蓄電池箱的X2、X3連接器布線路徑，連接器X2線纜整股燒斷，X3連接器3根線（ZD420415、ZD420416、ZD420418）沒有完全斷開，同時采集線ZD420417燒熔后緊貼在了采集盒安裝板與箱體側邊之間，初步判斷線纜燒損的原因是采集線ZD420417經過長期使用，振動摩擦導致線纜外部絕緣層破損，破損的線芯與蓄電池箱箱體直接接觸，導致蓄電池供電回路短路或線芯對箱體放電。

（1）若采集線ZD420417線芯直接與箱體接觸，將導致第1箱第23節蓄電池正極與第8箱第48節牽引蓄電池的負極短接，并造成后續所有蓄電池短路放電欠壓故障，但從BMS顯示的數據來看，第25節及后續所有單體蓄電池電壓正常，且整組蓄電池電壓在故障時間點僅降至674 V，可判定該次故障不是采集線ZD420417與箱體直接接觸導致。

（2）若采集線ZD420417線芯被支架夾扁磨損導致線纜破損，線芯裸露對箱體放電，瞬間產生的電弧將使得與采集線ZD420417相鄰走線的X2連接器的采集線燒損。采集線束燒損絕緣層破壞后，將導致該線束的多節蓄電池之間短接放電，瞬間的放電電流計算可達660 A左右，高溫使該線束瞬間完全燒斷，與故障現象吻合。

3.2? ? 蓄電池報警故障分析

牽引蓄電池在蓄電池供電模式下運行正常，而在轉換為第三軌供電模式時產生放電故障，通過電路圖及軟件邏輯分析，在蓄電池供電模式下，接觸網/第三軌供電模式接觸器（=11-K01）觸點為斷開狀態，牽引蓄電池自身可形成供電回路，未與車體接地，因此線纜破損處未與車體產生放電現象。

在切換為第三軌供電模式時，接觸網/第三軌供電模式接觸器（=11-K01）觸點閉合，使集電靴1 500 V正極回路在對牽引蓄電池充電的同時，牽引蓄電池負極與工程車軸端接地形成回流，如圖5所示。此時，牽引蓄電池通過線纜破損處與車體產生放電現象，電壓迅速下降導致出現蓄電池單體欠壓及差動電流異常故障。

4 結語

本文通過以上分析，確認本次故障的原因為BMS采集線ZD420417絕緣層破損，在第三軌供電模式下，線芯對蓄電池箱箱體放電，瞬間產生的電弧將附近線纜和支架燒毀。在電力蓄電池工程車的日常維護保養過程中，工作人員應重點檢查BMS采集線線纜安裝及絕緣情況，發生此類故障后，在確保非蓄電池自身故障或現場故障范圍未進一步擴大時，可斷開牽引蓄電池隔離開關后，根據線路條件采用接觸網或第三軌供電模式返回地鐵車輛段內做進一步處理。

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收稿日期：2020-08-13

作者簡介：林欽海（1991—），男，廣東廣州人，助理工程師，研究方向：城軌車輛維保。