HD100B型內燃動車組ACU報逆變模塊故障的分析處理

李 化 葉小波

(中車資陽機車有限公司維保及售后服務部 四川 資陽 641300)

1 問題的提出

HD100B型內燃動車組是出口到非洲蘇丹的動車產品，自2018年投入運用以來，為蘇丹經濟發展做出了巨大貢獻。動車組采用2動6拖的組合方式，機車裝用一臺CAT3516柴油機，同時為機車牽引、列車供電、輔助交流傳動提供動力。輔助交流供電由ACU系統控制和完成，將輔助交流發電機提供的電源經過變頻器變換后提供列車三相四線制供電和柴油機冷卻水大風扇、牽引電機通風機、空調等的供電。動車組經過1年的運行后，其中一臺機車2506號在運用中開始報出ACU系統故障，逆變模塊1、模塊2故障，造成機車卸載，司機對ACU斷電復位即恢復正常，機車回段后檢修人員無法準確判斷原因進行處理，做了很多工作問題都沒有得到根除，每次處理后機車連續幾天正常，然后又報出同樣問題，后期故障發生越來越頻繁，甚至斷電復位不能恢復正常，導致機車退出牽引狀態。

2 初步分析與處理

從機車微機顯示屏的記錄故障看，微機報出ACU系統逆變模塊1、模塊2故障，有時伴有柴油機轉速傳感器故障，這兩個變頻器模塊的功能是輔助交流發電機發電后，根據需要對牽引電機通風機和柴油機冷卻風扇供電，不同的牽引電流和柴油機冷卻水溫度輸出不同的電機轉速控制。此外還有一個逆變模塊3輸出三相交流電，為客車車輛以及機車除塵風機和車體通風機還有司機室空調供電，當司機選擇為他車供電時本車逆變模塊3不工作。ACU、冷卻風扇、通風機布局如圖1所示。

ACU系統控制關系如圖2所示，當ACU的逆變模塊1、模塊2報故障后通風機和冷卻風扇電機停止工作，引起機車卸載，停止牽引主發電機輸出。檢修人員對變頻器進行檢查，變頻器制造商是芬蘭VACON公司，質量比較可靠，連接VACON控制面板查看故障記錄，記錄顯示逆變器輸入電壓低，分析該問題是由于交流發電機停止發電在先，然后逆變模塊檢測到輸入異常后停止工作并報出故障記錄。ACU控制柜內的逆變器模塊如圖3所示。

輔助交流發電機的控制由ACU系統中的勵磁控制板調節，勵磁控制板根據PLC接收到柴油機轉速信號后輸出相應的勵磁控制，對應關系如表1所示。在本案中，微機有時記錄了柴油機轉速傳感器故障，故對傳感器進行了更換，然而機車正常工作兩天后還是報出轉速傳感器故障和逆變模塊故障。為了排除硬件故障，繼續更換了ACU輔助交流發電機勵磁控制板，PLC輸出控制逆變模塊工作的信號放大板，輔助交流發電機的勵磁繞組連接線纜，最終與正常機車的PLC進行對換，問題仍沒有得到解決，所以得出結論：問題應該出在軟件或者網絡通訊。

3 微機大數據記錄的分析

下載了微機的全部運行記錄大數據，進行進一步分析，由于機車運行數據每隔1 s記錄1次，數據量很大，通過故障記錄時間點對應的數據進行分析，很快找到了異常，如圖4中，交流輔助發電機發出功率從13 kW突然停止輸出，此時對應的勵磁電流從6 A變成零，而對應的ACU柴油機轉速1 605 r/min前后連續沒有中斷，5 s后勵磁電流再次出現零，此時對應的柴油機轉速從1 602 r/min瞬間變為零,下一次記錄又是1 604 r/min，可以推測在上一次勵磁電流降為零時，柴油機轉速很可能也出現了零的情況，但數據是每隔1 s才記錄，所以數據看起來仍是正常，綜上，問題的查找演變為解決ACU記錄中柴油機轉速突變的問題。

圖1 交流輔助發電機、牽引電機通風機、冷卻風扇位置布局

圖2 ACU系統控制關系

圖3 輔助變流柜內的逆變器模塊

4 網絡通訊的檢查與處理

通過微機大數據分析后，由于在ACU硬件方面已經做了很多的工作，檢查重點轉為網絡系統，ACU系統接收的柴油機轉速有兩路信號可以切換使用，一路由外部柴油機轉速傳感器提供，另一路由網絡通訊傳輸柴油機ECM自身檢測的轉速信號，對比差值過大就報轉速傳感器故障，而轉速傳感器已經更換，即使拔除傳感器插頭僅使用柴油機ECM，轉速信號故障仍然存在，排除轉速傳感器對該故障的影響。

表1 輔助交流發電機輸出電壓頻率與柴油機轉速的關系

圖4 微機大數據分析

根據網絡拓撲(見圖5)，ACU與機車微機ACC1、通訊主機ACC2、柴油機ECM利用RS485/Modbus通訊總線進行數據交換，對ACC2通訊插頭進行檢查，輕輕搬動紅色的終端電阻小開關(見圖6)，微機顯示屏網絡拓撲圖立即顯示ACU通訊故障,繼續取出通訊線檢查，發現原本不需要剝開的絕緣外皮的線頭被剝開，正常情況電線端頭放進卡槽直接壓入內部的刀口，刀口切割開絕緣層后卡緊，達到良好連接，這只插頭的電線頭被去除絕緣外皮，很可能曾經發生過連接不可靠的情況，由于沒有新插頭更換，剪掉剝出線頭的部分，按照正常的安裝方法重新連接線纜，機車正常運用了兩個星期后，故障再次出現。因此，推斷可能是插頭本身存在問題，一是插頭內部的刀口可能在以前的安裝過程中被擠壓變形后造成接觸不夠好，接觸電阻增大，隨著機車運行的震動情況逐步惡化；二是紅色終端電阻開關可能接觸不良。在用戶的幫助下更換了一個新的通訊插頭，前述問題徹底得到解決，機車正常運用至今。

圖5 網絡拓撲圖

圖6 通訊插頭

5 結論

從發現HD100B型內燃動車組逆變模塊報故障到徹底解決，持續了將近一個月時間，通過數據分析和處理結果最終確定微機通訊插頭存在故障，導致網絡通訊不暢，當ACU微機接收到的柴油機轉速數據異常后，停止交流輔助發電機勵磁電流，相關的逆變模塊因為輸入欠壓報出模塊故障，導致機車卸載，該問題的分析處理過程對今后出現類似情況有很大的參考價值。□