DJ4 型機車牽引系統介紹及故障分析

劉 清 楊 喆 梁偉波

（中車株洲電力機車有限公司，湖南 株洲 412001）

HXD1 型機車牽引傳動系統是按AC25kV、50Hz 牽引供電制式設計的，它能適應我國鐵路接觸網電壓范圍較大的特點。[1]AB 兩節動力車各自配備了獨立且對稱的牽引傳動，既可固定重聯運用，也可解編后各自獨立運用，AB 兩節動力車25kV 網側電路可通過車頂高壓連接器相連，同時還具有外重聯功能。牽引變流系統具有二次諧振電路、過壓保護電路和接地檢測電路等。機車采用再生制動，再生制動時機車能量反饋回電網，達到節能的效果。四象限整流器和PWM 逆變器采用水冷 1GBT 模塊。

1 牽引傳動系統概述

HXD1 型機車每節有一套完整網側電路和電傳動系統，如圖1 牽引變流系統框架圖所示：每節車電傳動系統由1個主變壓器，主變壓器由1 個原邊繞組、4 個牽引繞組和2個二次諧振電抗器組成。4 個牽引繞組分別給4 個4QC（四象限變流器）提供輸入電源，最后向兩個獨立的中間直流回路充電。4 個四象限變流器分成兩組，每一組的兩個四象限變流器之間可以冗余。每臺車上有兩個轉向架，每個轉向架上并聯2 臺三相交流異步電動機，由連接在中間直流回路上的1 個脈寬調制逆變器（PWI）供電。圖1 中2 個輔助逆變器當其中一組因故障隔離或其中一個濾波變壓器因故障隔離時，另一組輔助逆變系統立即滿頻運行給所有輔助設備供電。因為兩路中間直流回路相互獨立，所以整臺機車的牽引力有75%的冗余，從而提高了機車的可利用率。在機車制造、調試、維護過程中牽引變流系統部分故障時，系統自動進入冗余工作模式繼續維持運行，機車檢修人員能夠根據牽引系統冗余工況快速排查故障。

圖1 牽引變流系統框架圖

2 機車TCU1 隔離故障分析與處理

HXD1 型179 號機車在試運線試運時B 節主斷斷開受電弓降下，微機屏報“TCU1&TCU2 之間通訊中斷”，“TCU1因故障隔離”。第一時間用電腦Monitor 軟件連接主CCU進行清保護后TCU1 依然處于隔離狀態，B 節機車僅TCU2處于牽引狀態。

2.1 原因分析

CCU 清保護后TCU1 故障不能清除，說明故障依然存在。通過觀察TCU1 機箱沒有上電工作，判斷可能因某故障原因CCU 未給出TCU1 啟動命令，通過微機屏查看到是輸出節點A13F_00 未閉合引起的，用電腦Monitor 軟件連接主CCU 讀取故障記錄也沒有找到引起TCU1 隔離的故障原因。

2.2 故障診斷及處理

系統在斷電重啟時CCU 自檢完后TCU2 能夠正常啟動，而TCU1 機箱一直處于掉電隔離狀態，分析可能存在兩種原因：

1.因線路或者SKS3 輸出模塊原因TCU1 啟動信號A13F_00 未能啟動TCU1。

2.在啟動過程中，CCU 已經讓TCU 啟動命令A13F_00與A140_00 閉合而TCU1 因自身原因不能正常啟動引起CCU 再次重新斷開A13F_00 啟動命令。

為了判斷是以上哪種原因引起TCU1 不能正常啟動，采用Monitor 軟件連接CCU 強制TCU1 啟動命令A13F_00 閉合。發現TCU1 依然無法啟動，判斷可能為第一種原因：啟動信號未到達TCU 電源輸入連接器X12 插頭B3 點，TCU 供電控制電路如圖2 所示。經過萬用表測量發現B3 點有98V 電壓，緊接著測量B1、B2 和A1、A2 之間均有98V 電壓。綜合以上幾次測量結果得出TCU1 啟動電源及啟動指令都已滿足，而TCU1 機箱無法上電啟動。判斷為機箱內部電源板卡故障，打開TCU1 機箱發現SSB 電源板卡工作燈不亮，因此判斷TCU1 機箱SSB 電源板卡異常導致TCU1 隔離，更換SSB 電源板卡后故障消失TCU1 正常啟動。

圖2 TCU 供電電源及啟動命令

2.3 原理分析

該故障重點在于分析TCU 上電不能啟動的原因，機車在運行過程TCU1 故障隔離中TCU2 能正常工作說明故障出現在TCU1 內部。因為HXD1 型電力機車在系統重新啟動時CCU 會先進行自檢，CCU 自檢完成后立即發送指令給SKS3讓A13F_00（TCU1 啟動指令）、A140_00（TCU2 啟動指令）閉合，TCU 開始上電啟動自檢。當某個TCU 自檢通過則發送信息給CCU 表示系統一切正常，CCU 接收到TCU 的消息后通過SKS3 繼續保持該TCU 啟動指令閉合。當某TCU 自檢不能通過則發信息給CCU，CCU 接收到TCU 的異常信息后立即通過SKS3 斷開該TCU 啟動指令，使其斷電隔離。另外如果CCU 無法與TCU 通訊或者因故障原因需要隔離TCU 也會通過SKS3 斷開該TCU 的啟動指令，使其斷電隔離。

2.4 評價和建議

熟悉牽引變流系統的故障隔離工作原理，就能更好地結合實際故障現象快速鎖定故障原因。另外HXD1 型電力機車基于西門子Sibas32 系統，該系統能夠通過Monitor 軟件查詢故障信息，監控和強制IO 輸入輸出信號能夠更方便地查找故障點。查詢故障時因該靈活運用Monitor 軟件結合機車運行原理和電氣原理圖進行故障分析與排查，以提高工作效率。