劉志軍

【摘 要】論文簡要介紹了HXD2型電力機(jī)車輔助變流器的工作原理，針對(duì)1800v直流輸入環(huán)節(jié)、中間直流環(huán)節(jié)、逆變輸出環(huán)節(jié)中引起輔助變流器隔離故障的原因和故障方程式成立的條件進(jìn)行了分析，總結(jié)了故障產(chǎn)生的具體條件及影響，提出了有效鎖定故障點(diǎn)的檢查、測試手段及維修方案。

【Abstract】This paper briefly introduces the working principle of the auxiliary converter of HXD2 electric locomotive， analyzes the cause of isolation fault of auxiliary converter in the 1800V DC input link， intermediate DC link and inverter output link， analyzes the conditions to establish the fault equations， summarizes the specific conditions and the influence of the fault， and puts forward the inspection， testing means and maintenance plan for effectively ensuring fault point.

【關(guān)鍵詞】HXD2型電力機(jī)車；輔助變流器；功率模塊；隔離

【Keywords】HXD2 type electric locomotive； auxiliary converter； power module； isolation

【中圖分類號(hào)】U266.1 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2017）04-0194-03

1 引言

HXD2型電力機(jī)車是大秦線重載運(yùn)輸?shù)闹餍蜋C(jī)車，自投入使用以來，“輔助變流器隔離”故障多發(fā)，導(dǎo)致蓄電池電壓下降、拖車損失、機(jī)車緊急制動(dòng)等問題，嚴(yán)重影響了運(yùn)輸生產(chǎn)秩序，也給安全生產(chǎn)帶來了巨大隱患。迫切需要研究機(jī)車輔助變流器發(fā)生隔離故障的原因及制定相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。

2 輔助變流器主回路與網(wǎng)絡(luò)控制原理簡介

HXD2型電力機(jī)車輔助變流器采用DC-DC-AC的變換模式實(shí)現(xiàn)電源的變換輸出，其輸入電源取自牽引變流柜的中間直流回路，單節(jié)機(jī)車有兩組輔助變流器裝置，一組為變頻變壓型（VVVF），一組為定頻定壓型（CVCF），互為冗余，當(dāng)其中任意一組故障時(shí)，另一組為所有的負(fù)載提供電源。

牽引變流器中間直流電壓為輔助變流器一、二提供電源，經(jīng)輸入熔斷器送入斬波模塊變換為DC545V輸出，然后經(jīng)過三相逆變模塊逆變?yōu)槿嘟涣?80V電源為輔助機(jī)組供電。

3 HXD2型電力機(jī)車輔助變流器隔離的故障方程式分析

HXD2型電力機(jī)車目前輔助變流器隔離故障較多，2016年共發(fā)生輔助逆變器隔離106件，其中輔助逆變器輸入異常故障引起24件，輔助逆變器中間直流環(huán)節(jié)故障引起30件，輔助變流器輸出回路故障引起52件，分析故障率較高的部件主要有三相逆變模塊（OND）、斬波器、輔助控制單元（ACU）、傳感器等，其總和約占引起輔助變流器隔離的80%。

3.1 輔助逆變器輸入異常故障

當(dāng)輔助變流器輸入電壓較正常值 1800V明顯異?；蜉斎肽K永久性故障時(shí)，輔助變流器出現(xiàn)輸入欠壓、快速欠壓、輸入過壓及輸入保險(xiǎn)故障或以上故障復(fù)合后，輔助變流器被隔離。

3.1.1 輸入欠壓故障

輸入欠壓故障代碼有E0-31-02 ME_SOUSUENTS和00-31-02 ME_SOUSUENT兩種。當(dāng)輔助變流器輸入電壓<1500V時(shí)，機(jī)車數(shù)據(jù)記錄E0-31-02，當(dāng)輔助變流器輸入電壓<1384V時(shí)，機(jī)車數(shù)據(jù)記錄00-31-02，隔離該輔助逆變器。

3.1.2 輸入過壓故障

輸入過壓故障代碼有E0-31-00 ME_SOUSUENTS和E0-31-01 ME_SURUENTS兩種。當(dāng)輔助變流器輸入電壓>2090V，且20 秒之內(nèi)發(fā)生兩次該故障，或一個(gè)故障持續(xù)20 秒，機(jī)車數(shù)據(jù)記錄E0-31-00并隔離該輔助逆變器。當(dāng)輔助變流器輸入電壓>2200V時(shí)，記錄E0-31-01并隔離輔助逆變器。

3.1.3 輸入保險(xiǎn)故障

輸入保險(xiǎn)故障代碼為E0-31-03 ME_CCENTCVS。當(dāng)輔助變流器輸入保險(xiǎn)的聯(lián)鎖無反饋時(shí)（1秒內(nèi)），如果20 秒之內(nèi)發(fā)生兩次故障，或一個(gè)故障持續(xù)20 秒，隔離輔助逆變器。

3.1.4 輸入模塊永久性故障

輸入模塊永久性故障代碼：00-31-05 DA_PERMENT。如果在 20秒內(nèi)發(fā)生 2 次輸入模塊故障或1 個(gè)輸入模塊故障持續(xù)20S，隔離輔助逆變器。

3.2 輔助逆變器中間直流環(huán)節(jié)故障

當(dāng)輔助逆變器中間直流環(huán)節(jié)電壓異常時(shí)，出現(xiàn)中間直流環(huán)節(jié)過壓一次、二次故障；當(dāng)輔助逆變器中間回路電流異常時(shí)，能出現(xiàn)斬波器過電流、超載過熱、門極驅(qū)動(dòng)故障、保護(hù)晶閘管故障、短路故障等。

3.2.1 中間直流環(huán)節(jié)過壓故障

中間直流環(huán)節(jié)過壓故障分為一次和二次過壓，故障代碼分別為E0-31-0D ME_SURUINT1和E0-31-06 ME_SURUINT2。當(dāng)斬波器輸出電壓>680V時(shí)，數(shù)據(jù)記錄E0-31-0D，當(dāng)斬波器輸出電壓>730V時(shí)，數(shù)據(jù)記錄E0-31-06。如果20 秒之內(nèi)發(fā)生兩次，或一個(gè)故障持續(xù)20 秒，機(jī)車隔離該輔助逆變器。

3.2.2 斬波器超載、過流故障

當(dāng)斬波器輸出電流>300A（10 秒內(nèi)），機(jī)車記錄斬波器超載，并隔離輔助變流器；當(dāng)出電流>700A 時(shí)，機(jī)車記錄過流故障，如果20 秒之內(nèi)發(fā)生兩次故障，或一個(gè)故障持續(xù)20 秒，輔助變流器被隔離。

3.2.3 斬波器過熱故障

斬波器過熱故障代碼為E0-31-05 ME_SURTEMPHACH，當(dāng)斬波器溫度傳感器超過整定值時(shí)，常開接點(diǎn)斷開，即ACU 接收不到斬波器溫度傳感器信號(hào)，隔離輔助逆變器。

3.2.4 斬波器內(nèi)部器件故障

斬波器門極驅(qū)動(dòng)故障代碼為E0-31-0B ME_IGBTHACH，當(dāng)門極驅(qū)動(dòng)板故障后，如果20秒內(nèi)發(fā)生兩次故障，或一個(gè)故障持續(xù)20 秒，隔離輔助逆變器。

IGBT保護(hù)故障代碼為00-31-22 DA_TESTTHYR，當(dāng)狀態(tài)量E_CA_UINT>100V且持續(xù)600ms，輔助逆變器被永久隔離。

3.3 輔助變流器輸出回路故障

當(dāng)逆變器輸出電壓或電流異常時(shí)，出現(xiàn)輸出過壓、超負(fù)荷、輸出過電流故障。同時(shí)，逆變器本身門極驅(qū)動(dòng)板故障、風(fēng)機(jī)電流故障和接觸器矛盾等其他故障也會(huì)引起輔助逆變器隔離[1]。

3.3.1 逆變器輸出過壓

逆變器輸出過壓故障代碼為E0-31-11 ME_SURUAC，當(dāng)逆變器輸出電壓>440V，且20 秒之內(nèi)發(fā)生兩次故障，或一個(gè)故障持續(xù)20 秒，輔助變流器隔離。

3.3.2 逆變器超載、過流故障

逆變器超負(fù)荷故障代碼為E0-31-12 ME_SURCHAC，當(dāng)逆變器輸出電流>230A （10 秒內(nèi)），輔助逆變器隔離。

逆變器輸出過電流故障代碼為E0-31-18 ME_SURIAC，當(dāng)逆變器輸出電流>800A，且60 秒之內(nèi)發(fā)生 4 次故障，輔助逆變器隔離。

3.3.3 逆變器及相關(guān)部件故障

門極驅(qū)動(dòng)臂故障代碼為：E0-31-0E、E0-31-0F、E0-31-10三種，分別對(duì)應(yīng) 12、34、56 臂， 當(dāng)其中一個(gè)驅(qū)動(dòng)臂故障，且20 秒之內(nèi)發(fā)生兩次故障，或一個(gè)故障持續(xù)20 秒，輔助逆變器隔離。

3.3.4 風(fēng)機(jī)電流異常及接觸器矛盾故障

輔助變流器風(fēng)機(jī)電流故障代碼：E0-31-14 ME_VTCVS，當(dāng)輔助變流器風(fēng)機(jī)電流>1.755A 或<0.585A（20 秒內(nèi)），輔助變流器隔離。

逆變器輸出接觸器矛盾故障代碼E0-31-15 ME_CISONDCVSME，當(dāng)輔助變流器輸出接觸器的控制和反饋不一致時(shí)，且20 秒之內(nèi)發(fā)生兩次故障，或一個(gè)故障持續(xù)20 秒，輔助變流器隔離。

4 輔助逆變器隔離故障的處理及應(yīng)對(duì)措施

4.1 輸入異常的處理

針對(duì)輸入欠壓、過壓故障，用eTrain 軟件監(jiān)控輸入電壓，如異常，檢查主變流器中間環(huán)節(jié)故障原因并處理；正常時(shí)，更換1800V輸入電壓傳感器。

針對(duì)輸入保險(xiǎn)故障，測量輸入保險(xiǎn)通斷狀態(tài)。當(dāng)保險(xiǎn)斷路時(shí)，更換輸入保險(xiǎn)并檢查斬波器，測量斬波器的3個(gè)接線柱之間電阻值，阻值為零時(shí)更換斬波器；當(dāng)保險(xiǎn)正常時(shí)，恢復(fù)聯(lián)鎖按鈕并測量聯(lián)鎖通斷狀態(tài)，更換聯(lián)鎖或檢查輸入保險(xiǎn)聯(lián)鎖到 ACU機(jī)箱接線，處理不良部位。

4.2 中間直流環(huán)節(jié)過壓故障的處理

針對(duì)斬波器超載、過流故障，檢查輸出電流傳感器接線狀態(tài)，如接線良好可嘗試更換斬波器或輸出電流傳感器并試驗(yàn)，確定具體的故障部位施修。

針對(duì)斬波器過熱故障，檢查溫度傳感器接線狀態(tài)及通風(fēng)是否正常，如散熱不良，清理或更新濾網(wǎng)。

針對(duì)斬波器故障，當(dāng)數(shù)據(jù)記錄驅(qū)動(dòng)板故障時(shí)，更換對(duì)應(yīng)斬波器門極驅(qū)動(dòng)板；當(dāng)記錄IGBT保護(hù)故障時(shí)，檢查電壓抑制器接線狀態(tài)，如接線燒損，更換接線或更換電壓抑制器ECR。并用 eTrain 軟件監(jiān)視 ECR狀態(tài)，重新啟動(dòng)輔助變流器。 如各項(xiàng)檢查正常，嘗試更換ACU 并試驗(yàn)，鎖定故障點(diǎn)后施修。

4.3 輔助變流器輸出回路故障的處理

針對(duì)逆變器輸出過壓故障，先用 eTrain 軟件分別在全頻和半頻狀態(tài)下，監(jiān)視逆變器電壓、電流值，確認(rèn)負(fù)載狀態(tài)。然后查逆變器輸出電壓傳感器、電流傳感器部件及接線狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)問題針對(duì)處理。如無明顯異常，可分別嘗試互倒ACU、OND、電壓傳感器、電流傳感器，故障轉(zhuǎn)移時(shí)更換故障件。

針對(duì)風(fēng)機(jī)電流故障處理，分析數(shù)據(jù)變量中輔助變流器風(fēng)機(jī)電流值>1.755A時(shí)，檢查風(fēng)機(jī)保險(xiǎn)接線狀態(tài)，并測量三相接觸器觸頭通斷，確認(rèn)風(fēng)機(jī)狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)問題針對(duì)處理。當(dāng)電流<0.585A時(shí)，互倒風(fēng)機(jī)電流互感器、整流橋、ACU，如故障轉(zhuǎn)移，更換故障電流互感器或整流橋。

針對(duì)接觸器矛盾故障，分析數(shù)據(jù)變量，手動(dòng)試驗(yàn)接觸器動(dòng)作是否靈活、檢查測試接觸器線圈阻值及聯(lián)鎖接線狀態(tài)，如無異?？蓢L試更換中間繼電器、輔助變流器輸出接觸器，鎖定故障后針對(duì)施修。[2]

5 結(jié)語

輔助變流器隔離故障的原因很多，且較為復(fù)雜。為了更好地了解處理故障，總結(jié)分析了以上三大類故障的原因及應(yīng)對(duì)措施，提高了HXD2型電力機(jī)車檢修質(zhì)量和故障處理能力，有效保證了機(jī)車運(yùn)行安全。當(dāng)然，在HXD2型電力機(jī)車技術(shù)引進(jìn)后的維護(hù)保養(yǎng)、日常檢修中，除了分析產(chǎn)生故障的原因，還需要加強(qiáng)部件的質(zhì)量管理和檢修維護(hù)管理，積極探索有效的監(jiān)測手段和改進(jìn)措施，才能最大程度地減少輔助變流器隔離故障的發(fā)生概率。

【參考文獻(xiàn)】

【1】阿爾斯通公司.HXD2型電力機(jī)車維護(hù)手冊(cè)[K].

【2】HXD2型電力機(jī)車隨車維護(hù)軟件幫助文件.