李永全

(廣州市地下鐵道總公司　運(yùn)營(yíng)二中心, 廣東廣州 511430)

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廣州地鐵5號(hào)線國(guó)產(chǎn)化輔助逆變器200%過載保護(hù)故障分析及整改

李永全

(廣州市地下鐵道總公司運(yùn)營(yíng)二中心, 廣東廣州 511430)

廣州地鐵5號(hào)線國(guó)產(chǎn)化輔助逆變器自投入運(yùn)用以來，正線頻繁出現(xiàn)200%過載保護(hù)故障，重點(diǎn)分析導(dǎo)致該故障的原因并提出整改意見。

廣州地鐵5號(hào)線; 輔助逆變器; 200%過載保護(hù)

廣州地鐵5號(hào)線列車采用了國(guó)產(chǎn)化輔助逆變器(以下簡(jiǎn)稱SIV)，6節(jié)編組列車共安裝了2臺(tái)SIV，每臺(tái)SIV負(fù)責(zé)為3節(jié)車提供交流380 V交流電源，自2013年3月份開始投入使用，同年7月份起陸續(xù)出現(xiàn)逆變器電路輸出200%過載保護(hù)故障(簡(jiǎn)稱200C故障)，對(duì)列車正常運(yùn)營(yíng)帶來了極大的影響，多次造成列車調(diào)整下線。

1　SIV交流負(fù)載分析

表1為SIV交流負(fù)載統(tǒng)計(jì)表，從表中可知，空調(diào)壓縮機(jī)為列車主要的交流負(fù)載，其啟動(dòng)瞬間電流較大，對(duì)SIV輸出電流的影響較大。空調(diào)壓縮機(jī)是制冷系統(tǒng)的心臟，可大致分為5大類型：往復(fù)式、螺桿式、回轉(zhuǎn)式、渦旋式和離心式，5號(hào)線國(guó)產(chǎn)化列車采用了螺桿式壓縮機(jī)，啟動(dòng)電流通常比額定電流高5～6倍。

表1　SIV交流負(fù)載統(tǒng)計(jì)表

2　空調(diào)壓縮機(jī)啟動(dòng)控制

每節(jié)車設(shè)置2個(gè)空調(diào)機(jī)組，由1個(gè)空調(diào)控制單元(以下簡(jiǎn)稱ACU)控制機(jī)組工作。為了避免空調(diào)壓縮機(jī)與空氣壓縮機(jī)同時(shí)啟動(dòng)造成的沖擊電流，通常利用列車控制系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱TMS)對(duì)空調(diào)壓縮機(jī)進(jìn)行順序啟動(dòng)控制，具體控制邏輯見圖1所示。

TMS通過車輛總線給ACU發(fā)送啟動(dòng)碼，每隔10 s改變一次啟動(dòng)碼，在制動(dòng)空氣壓縮機(jī)沒有啟動(dòng)的情況下，每個(gè)ACU每隔60 s接收到一次啟動(dòng)碼。只有當(dāng)ACU收到持續(xù)時(shí)間為2 s的啟動(dòng)碼時(shí)，才啟動(dòng)對(duì)空調(diào)機(jī)組的控制，若空調(diào)機(jī)組已啟動(dòng)，ACU將自動(dòng)忽略此信號(hào)。同時(shí)，當(dāng)TMS檢測(cè)到空氣壓縮機(jī)正在啟動(dòng)時(shí)，自動(dòng)將10 s的時(shí)間間隔調(diào)整為13 s，以避免空調(diào)壓縮機(jī)與空氣壓縮機(jī)同時(shí)啟動(dòng)。

ACU負(fù)責(zé)本節(jié)車2個(gè)空調(diào)機(jī)組壓縮機(jī)的順序啟動(dòng)管理，保證每一時(shí)刻僅有1臺(tái)空調(diào)壓縮機(jī)啟動(dòng)，當(dāng)ACU收到啟動(dòng)碼后立即控制1個(gè)機(jī)組的1臺(tái)壓縮機(jī)啟動(dòng)，5 s后再啟動(dòng)另外1個(gè)機(jī)組的1臺(tái)壓縮機(jī)，以此類推。

圖1　空調(diào)壓縮機(jī)順序啟動(dòng)控制邏輯圖

3　原因分析

列車事件記錄儀數(shù)據(jù)顯示，發(fā)生200C故障前后，SIV輸出的三相交流電壓始終保持穩(wěn)定，未發(fā)現(xiàn)明顯電壓波動(dòng)，而電流則在60 ms內(nèi)迅速上升到超過SIV相電流保護(hù)峰值(門檻值815 A)，當(dāng)SIV相電流超過保護(hù)峰值，則報(bào)出200C故障，如圖2所示。

圖2　過載故障波形圖

為了進(jìn)一步驗(yàn)證多臺(tái)壓縮機(jī)組同時(shí)啟動(dòng)的電流值，試驗(yàn)人員利用示波器開展了電流測(cè)試試驗(yàn)。當(dāng)運(yùn)行過

程中2個(gè)機(jī)組(4個(gè)壓縮機(jī))關(guān)斷后立刻重啟，啟動(dòng)瞬間的峰值電流為390 A，如圖3所示。

圖3　停止后立刻啟動(dòng)電流波形

若2個(gè)機(jī)組壓縮機(jī)在靜止?fàn)顟B(tài)下同時(shí)啟動(dòng)，啟動(dòng)瞬間的峰值電流約為640 A，如圖4所示?？紤]到實(shí)際運(yùn)用情況下，不可避免的存在電流諧波、畸變等因素。結(jié)合電流測(cè)試試驗(yàn)的結(jié)果，如果4臺(tái)或更多壓縮機(jī)同時(shí)啟動(dòng)，電流值便可能超過SIV保護(hù)值。

圖4　4臺(tái)壓縮機(jī)同時(shí)啟動(dòng)電流波形

4　調(diào)查論證

為了進(jìn)一步驗(yàn)證空調(diào)實(shí)際運(yùn)行中是否存在多臺(tái)壓縮機(jī)同時(shí)啟動(dòng)的現(xiàn)象，現(xiàn)場(chǎng)利用列車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)數(shù)字量采集模塊，監(jiān)測(cè)空調(diào)壓縮機(jī)接觸器的通斷狀態(tài)，當(dāng)接觸器接通后，壓縮機(jī)開始工作，因此監(jiān)測(cè)接觸器的常開觸點(diǎn)狀態(tài)，便可掌握壓縮機(jī)的工作狀態(tài)。其中數(shù)字量采集模塊各端口所采集的壓縮機(jī)狀態(tài)位見表2所示，其中壓縮機(jī)3、壓縮機(jī)4接觸器觸點(diǎn)并聯(lián)后輸入到數(shù)字量采集模塊中。

表2　數(shù)字量采集模塊端口分配表

表3為2015年10月1日117118車的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)周期為100 ms，從表中可以看出，涂黃色部分為異?，F(xiàn)象，A1和B0車所有空調(diào)壓縮機(jī)出現(xiàn)同時(shí)斷開(約100 ms)，然后瞬間又同時(shí)閉合(約100 ms),隨后列車出現(xiàn)SIV 200C故障，SIV故障后停止輸出380 V交流電，因此200 ms后A1、B0、B1車所有壓縮機(jī)停止工作，由此證明實(shí)際運(yùn)用過程中確實(shí)存在多個(gè)空調(diào)壓縮機(jī)同時(shí)啟動(dòng)的情況。

表3　2015年10月1日117118車監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

注：表格中1表示壓縮機(jī)啟動(dòng)，0表示壓縮機(jī)停止，涂黃色部分表示壓縮機(jī)正常工作時(shí)，停止后又瞬間同時(shí)啟動(dòng)。

空調(diào)壓縮機(jī)接觸器直接受ACU的數(shù)字量輸入輸出板(DIO板)控制，該板塊負(fù)責(zé)接收主板發(fā)送的DIO設(shè)定數(shù)據(jù)包，DIO板解析該數(shù)據(jù)并刷新到硬件IO寄存器，使IO口驅(qū)動(dòng)相關(guān)接觸器動(dòng)作，在解析數(shù)據(jù)過程中，可能受到干擾使內(nèi)存數(shù)據(jù)被意外修改，導(dǎo)致IO口狀態(tài)與主板發(fā)送的DIO數(shù)據(jù)包不相符，出現(xiàn)壓縮機(jī)等設(shè)備的閃斷。

由此在DIO板程序中增加數(shù)據(jù)校驗(yàn)功能，即對(duì)比寄存器與主板發(fā)送的數(shù)據(jù)是否一致，若不一致則判斷為校驗(yàn)錯(cuò)誤，舍棄該數(shù)據(jù)包，重新接收主板發(fā)送的數(shù)據(jù)。2014年12月利用115116車裝車驗(yàn)證新版DIO板軟件，分別監(jiān)測(cè)3個(gè)時(shí)間點(diǎn)各節(jié)車空調(diào)壓縮機(jī)的啟動(dòng)情況，結(jié)果如表4所示，除已刷新新版軟件的05A115車外，其余5節(jié)車仍然存在空調(diào)壓縮機(jī)閃斷現(xiàn)象，驗(yàn)證了通過刷新DIO板軟件可有效解決壓縮機(jī)閃斷問題。

表4　新版DIO程序監(jiān)測(cè)效果

5　結(jié)　論

刷新空調(diào)DIO板程序后解決了空調(diào)壓縮機(jī)閃斷問題，并經(jīng)長(zhǎng)期跟蹤，SIV 200C故障亦未再次出現(xiàn)?？照{(diào)是輔助逆變器的重要負(fù)載，因此在設(shè)計(jì)階段必須采用順序啟動(dòng)控制邏輯，同時(shí)要對(duì)IO端口的輸出進(jìn)行嚴(yán)格的校驗(yàn)，確保系統(tǒng)各部件的啟動(dòng)能按照規(guī)定要求執(zhí)行，才能最終避免出現(xiàn)負(fù)載突變而導(dǎo)致輔助逆變器輸出過載的問題。

[1]陳文卿,馬元,彭學(xué)院,等.制冷壓縮機(jī)基礎(chǔ)理論研究與關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)[J].制冷學(xué)報(bào),2010,(4)：14-21.

[2]南車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司.廣州市軌道交通五號(hào)線直線電機(jī)車輛列車控制系統(tǒng)說明書[Z],2011.

[3]南車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司.廣州市軌道交通五號(hào)線直線電機(jī)車輛SIV控制單元說明書[Z],2011.

[4]南車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司.廣州市軌道交通五號(hào)線直線電機(jī)車輛空調(diào)控制單元說明書[Z],2014.Guangzhou Metro Line 5 Localization of the Auxiliary Inverter 200% Overload Protection Failure Analysis and Improvement

LIYongquan

(Guangzhou Metro Corporation, Operation Two Center, Guangzhou 511430 Guangdong, China)

Localization of GuangzhouMetro Line 5, the auxiliary inverter since put into use, the main frequent 200% overload protection failure, this paper analyses the cause of the failure and improvement opinions are put forward.

guangzhou metro line 5； auxiliary inverter； 200% overload protection

1008-7842 (2016) 04-0078-03

??)男，工程師(

2016-03-21)

U239.5

Adoi:10.3969/j.issn.1008-7842.2016.04.19