陳富東，宋 福

（深圳市地鐵三號(hào)線運(yùn)營(yíng)分公司 車輛部，廣東深圳518172）

深圳地鐵2期工程3號(hào)線列車選用標(biāo)準(zhǔn)B型車，是目前深圳軌道交通線網(wǎng)中唯一選用B型車的線路。列車6輛編組（4動(dòng)2拖），牽引和電制動(dòng)系統(tǒng)由韓國(guó)現(xiàn)代Rotem公司提供，采用交流傳動(dòng)和動(dòng)力分散控制技術(shù)。每個(gè)動(dòng)車安裝有獨(dú)立的牽引逆變器及控制單元，各動(dòng)車之間互不影響。深圳地鐵三號(hào)線高架段于2010-12-28開(kāi)通試運(yùn)營(yíng)，初期車輛牽引系統(tǒng)整體表現(xiàn)良好，列車運(yùn)行穩(wěn)定，但從2011-08開(kāi)始，正線運(yùn)營(yíng)列車相繼發(fā)生多起牽引系統(tǒng)數(shù)字輸入板燒損故障，導(dǎo)致列車損失1／4動(dòng)力，影響列車牽引和電制動(dòng)性能，對(duì)運(yùn)營(yíng)秩序造成了一定的影響。因此如何消除該故障對(duì)運(yùn)營(yíng)秩序的影響，是必須要研究并解決的重要課題。

1 牽引系統(tǒng)數(shù)字輸入板燒損基本情況

通過(guò)對(duì)2011-08，2011-09，2011-10 3個(gè)月電客車的正線故障記錄統(tǒng)計(jì)、分析發(fā)現(xiàn)，3個(gè)月共發(fā)生11起牽引系統(tǒng)數(shù)字輸入板燒損故障，處理的方式均是對(duì)牽引逆變器控制單元內(nèi)的數(shù)字輸入板（DIN板）進(jìn)行更換。DIN板主要作用是收集列車DC110V控制信號(hào)（如列車牽引制動(dòng)、列車方向、牽引系統(tǒng)高速斷路器、線路接觸器狀態(tài)等信號(hào)），將這些信號(hào)處理后傳送至牽引逆變器控制單元主處理器，主處理器判斷滿足工作條件后控制牽引逆變器工作。

2 牽引系統(tǒng)數(shù)字輸入板燒損原因分析

故障發(fā)生后立即進(jìn)行了詳細(xì)分析，由于DIN板燒損后表現(xiàn)出的故障現(xiàn)象是列車牽引系統(tǒng)接觸器故障，首先對(duì)牽引系統(tǒng)主斷路器箱內(nèi)的高速斷路器、線路接觸器及接線進(jìn)行了檢查，均未發(fā)現(xiàn)異常，后檢查牽引逆變器控制單元上各電路板與外部通信的插接接頭，也未發(fā)現(xiàn)異常，最后對(duì)牽引逆變器控制單元的各板件進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)控制單元中負(fù)責(zé)收集信號(hào)的DIN板部分降壓電阻燒損，更換燒損的DIN板后故障消失，由此可以確定引起牽引系統(tǒng)接觸器故障的原因是DIN板發(fā)生了燒損。

對(duì)牽引系統(tǒng)數(shù)字輸入板燒損故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，DIN板燒損并非只發(fā)生在某個(gè)車組上，而是帶有一定的隨機(jī)性，因此可以排除是單個(gè)車組牽引系統(tǒng)質(zhì)量或工藝裝配缺陷造成，初步懷疑是板件設(shè)計(jì)缺陷引起的普遍故障。同時(shí)對(duì)上線運(yùn)營(yíng)的所有車組的牽引逆變器控制單元DIN板檢查，發(fā)現(xiàn)板件降壓電阻附近均有由于受熱不同程度顏色變深的現(xiàn)象，且投入運(yùn)營(yíng)時(shí)間較長(zhǎng)的列車DIN板顏色較運(yùn)營(yíng)時(shí)間短的車深。通過(guò)觀察DIN板變色和燒損的部位發(fā)現(xiàn)，所有車組DIN板燒損和受熱變色均位于同一部位，即列車110V信號(hào)常帶電區(qū)域（列車緊急環(huán)路信號(hào)、列車方向信號(hào)、列車牽引制動(dòng)信號(hào)、列車斷路器閉合等信號(hào)）。

鑒于上述現(xiàn)象，我們初步判斷以下兩種原因可能導(dǎo)致故障發(fā)生。

（1）牽引逆變器控制單元DIN板降壓電阻參數(shù)選擇錯(cuò)誤，降壓電阻額定容量小于實(shí)際工作容量，超負(fù)荷工作引起電阻燒損；

圖1 局部發(fā)生變色的DIN板

圖2 發(fā)生燒損的DIN板

（2）牽引逆變器控制單元DIN板降壓電阻排列不合理，沒(méi)有有效散熱空間，工作時(shí)產(chǎn)生的熱量無(wú)法及時(shí)散發(fā)，長(zhǎng)期積累，最終導(dǎo)致DIN板燒損。

針對(duì)以上可能的原因進(jìn)行深入分析，以確定引起故障的最終原因，徹底杜絕該類故障的發(fā)生，保證列車運(yùn)行質(zhì)量。

2.1 降壓電阻參數(shù)分析

根據(jù)電路原理圖及實(shí)際工作電壓計(jì)算降壓電組實(shí)際工作容量：

現(xiàn)有DIN板上選用的R2、R98額定容量為1W，是實(shí)際工作容量的3.5倍；

（2）R3、R4、R99、R100、R101、R102實(shí)際工作容量計(jì)算

（1）R2、R98實(shí)際工作容量計(jì)算

現(xiàn)有 DIN 板上選用的R3、R4、R99、R100、R101、R102額定容量為1W，是實(shí)際工作容量的3.7倍。

通過(guò)計(jì)算可知，DIN板降壓電阻額定容量是實(shí)際工作容量的3.5倍以上，因此排除由于降壓電阻額定容量小于實(shí)際工作容量，超負(fù)荷工作而引起電阻燒損的可能。

圖3 DIN數(shù)字輸入板燒損部分電路原理圖

2.2 降壓電阻排列方式分析

為了驗(yàn)證是否由于DIN板降壓電阻排列不合理，缺乏有效散熱空間，熱量積累導(dǎo)致板件燒損，我們選取兩塊相同的DIN板，將其中一塊DIN板的電阻間隙人為增大，保證試驗(yàn)室恒溫（25℃）的情況下，在兩塊DIN板1～4頻道（列車DC110V常帶電區(qū)域）分別輸入DC110V電壓約3h，待環(huán)境溫度飽和后對(duì)板件溫度進(jìn)行測(cè)量（圖4）。從紅外相機(jī)拍攝的照片以及溫度測(cè)量數(shù)據(jù)能夠發(fā)現(xiàn)，相同條件下，降壓電阻間隙大的DIN板較降壓電阻小的DIN板相對(duì)溫升低約10℃，由此說(shuō)明增大DIN板降壓電阻的間隙可以減少熱量積累，降低板件溫度。

但如何選取一個(gè)相對(duì)合理的電阻排列方式，還需要驗(yàn)證單一電阻阻值與溫度的關(guān)系。選取圖3中DIN板輸入單元電路的43kΩ和10kΩ降壓電阻，保證試驗(yàn)室恒溫（25℃）的情況下，在電阻兩端分別直接施加DC110V電壓約3h，待環(huán)境溫度飽和后對(duì)單一電阻溫度進(jìn)行測(cè)量（圖5）。從紅外相機(jī)拍攝的照片以及溫度測(cè)量數(shù)據(jù)能夠發(fā)現(xiàn)，相同條件下，電阻發(fā)熱量與阻值的大小有關(guān)，阻值小的電阻較阻值大的電阻發(fā)熱量大。因此，可以將發(fā)熱量大的電阻與發(fā)熱量小的電阻交叉排列，以減少熱量的集中。

圖4 DIN板電阻溫升試驗(yàn)

圖5 單一電阻溫升試驗(yàn)

通過(guò)以上試驗(yàn)可知改變DIN板上降壓電阻排列方式，可以減少熱量累積，降低板件表面溫度。因此可以判斷現(xiàn)有DIN板降壓電阻的排列結(jié)構(gòu)對(duì)DIN板的散熱不利，DIN板工作時(shí)降壓電阻產(chǎn)生的熱量無(wú)法及時(shí)散發(fā)，長(zhǎng)期累積，導(dǎo)致DIN板燒損。

3 牽引系統(tǒng)控制單元DIN板改進(jìn)及效果

找到引起DIN板燒損的原因后，聯(lián)合廠家對(duì)現(xiàn)有DIN板進(jìn)行了改進(jìn)。首先在滿足工作容量的前提條件下，將現(xiàn)有的柱狀電阻更換為體積較小的片式電阻，以增大散熱空間，同時(shí)對(duì)電阻的排列結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，將發(fā)熱量較大的電阻與發(fā)熱量小的電阻交叉排列，以避免熱量集中。

改進(jìn)后的DIN板在試驗(yàn)室進(jìn)行相關(guān)性能和型式試驗(yàn)，2011-10-12 12塊新型DIN樣板到達(dá)深圳3號(hào)線車輛段，我們按每?jī)蓧K一組將其分成6組安裝在6組電客車上進(jìn)行裝車試驗(yàn)，主要目的是在實(shí)際工作條件下對(duì)其進(jìn)行性能和穩(wěn)定性測(cè)試，并對(duì)其散熱能力進(jìn)行檢查。試驗(yàn)30天未發(fā)生任何故障，同時(shí)觀察改進(jìn)后的DIN板，未發(fā)現(xiàn)有受熱變色的現(xiàn)象出現(xiàn)。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)室及現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，認(rèn)為新型的DIN板滿足深圳地區(qū)工作環(huán)境要求。目前深圳地鐵3號(hào)線列車上已全部安裝了改進(jìn)后的DIN板，運(yùn)行至今未再發(fā)生有燒損的現(xiàn)象。

此次牽引逆變器控制單元數(shù)字輸入板頻繁燒損故障的處理對(duì)運(yùn)營(yíng)及設(shè)計(jì)單位都提供了很好的借鑒實(shí)例。在新車設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)各種因素要考慮充分，以減少運(yùn)營(yíng)后帶來(lái)的嚴(yán)重影響及損失；運(yùn)營(yíng)車輛日常維護(hù)中要拓寬思路，全面考慮，找到真正的故障原因，進(jìn)行及時(shí)有效地處理，保證列車質(zhì)量，降低對(duì)正線運(yùn)營(yíng)的影響。

圖6 改進(jìn)前的DIN板（柱狀電阻）

圖7 改進(jìn)后的DIN板（片式電阻）

［1］（美）Louis Scheffer.集成電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)、驗(yàn)證與測(cè)試［M］.北京：科學(xué)出版社，2008.

［2］金東明，韓丁珠.深圳地鐵3號(hào)線電客車牽引逆變器控制單元DIN板燒損研究報(bào)告［R］.2011，10.

［3］金東明，林章均.深圳地鐵3號(hào)線電客車牽引逆變器維修手冊(cè)［R］.韓國(guó)現(xiàn)代樂(lè)鐵股份有限公司.2009.12.

［4］何宗華，汪松滋，何其光.城市軌道交通車輛運(yùn)行與維修［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007.