可心萌 牛晨旭

（鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 河南鄭州 451460）

CRH2型動(dòng)車組牽引變流裝置接地故障診斷研究

可心萌 牛晨旭

（鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 河南鄭州 451460）

介紹CRH2型動(dòng)車組牽引變流裝置的功能特點(diǎn)和工作原理，結(jié)合其故障診斷和保護(hù)功能，對(duì)發(fā)生頻率較高的接地故障進(jìn)行分析和排查，根據(jù)實(shí)際案例給出了CRH2型動(dòng)車組牽引變流裝置接地故障的處理方法和預(yù)防建議。

動(dòng)車組 牽引變流裝置 故障診斷

CRH2型系列動(dòng)車組是中車集團(tuán)下屬四方股份有限公司生產(chǎn)的高速動(dòng)車組，該系列車型包括CRH2A、CRH2B、CRH2C、CRH2E等，是我國目前高鐵中的主力車型之一[1]，在全國大多數(shù)開行高鐵的路局都有配屬，運(yùn)用范圍極廣。牽引系統(tǒng)是高速動(dòng)車組的核心技術(shù)之一，對(duì)動(dòng)車組的正常運(yùn)營起著決定性作用[2]。牽引變流裝置作為牽引系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，其故障的分析、處理及合理預(yù)防具有重要意義。

1 CRH2型動(dòng)車組牽引變流裝置簡介

牽引變流裝置是動(dòng)車組將高壓交流電轉(zhuǎn)變?yōu)榭煽貏?dòng)力電源的一種變流裝置。其主要功能是完成直流制和交流制之間的電能轉(zhuǎn)換，并控制和調(diào)節(jié)牽引電機(jī)的電源，既可以為列車提供動(dòng)力牽引，又能夠?qū)嵓釉偕苿?dòng)，從而起到控制動(dòng)車組運(yùn)行的作用。CRH2型動(dòng)車組每輛動(dòng)車配備一臺(tái)牽引變流裝置，控制本車的4臺(tái)牽引電機(jī)。全列動(dòng)車組的4臺(tái)牽引變流裝置因發(fā)生故障被切除后，將采取相應(yīng)的限速甚至救援等安全措施，見表1。

表1 CRH2型動(dòng)車組牽引切除后的最高運(yùn)行速度

牽引變流裝置由脈沖整流器、直流平滑電路、逆變器、真空交流接觸器等主電路設(shè)備和無觸點(diǎn)控制裝置、控制電源等控制電路設(shè)備構(gòu)成，見圖1。其中，脈沖整流器為單向電壓3點(diǎn)式PWM整流器，相對(duì)應(yīng)的逆變器為三相電壓3點(diǎn)式PWM逆變器[3-4]。上述設(shè)備共同封裝于牽引箱中，具有故障診斷和保護(hù)功能，采用輕量化設(shè)計(jì)，既減小了動(dòng)車組車下設(shè)備的總裝空間，也有效降低了車輛總重。

圖1 CRH2型動(dòng)車組牽引變流裝置原理圖

2 牽引變流裝置接地故障的分析

2.1 故障分類

牽引變流裝置根據(jù)出現(xiàn)故障危害的大小，劃分故障為3個(gè)等級(jí)：1級(jí)故障：VCB斷開，CI被隔開，不能自動(dòng)復(fù)位，不接收復(fù)位開關(guān)復(fù)位，通過斷合控制電源后重新上電為止；2級(jí)故障：CI被隔開，不能自動(dòng)復(fù)位，接收復(fù)位開關(guān)復(fù)位；3級(jí)故障：自動(dòng)復(fù)位。本文所分析的牽引變流裝置接地故障是一種綜合類的復(fù)雜故障，造成的原因較多，在實(shí)際運(yùn)用中需要視情況逐個(gè)排查。

2.2 接地故障的分析和處理方法

（1）故障記錄下載

CRH2型動(dòng)車組牽引變流裝置本身具有故障診斷功能，在故障動(dòng)車組入庫后，首先應(yīng)查尋網(wǎng)絡(luò)控制裝置（MON）上的故障記錄，根據(jù)相應(yīng)的故障代碼和代碼報(bào)出的先后順序進(jìn)行分析和排查，與牽引變流裝置接地故障相關(guān)的故障信息代碼含義如下：

牽引變流器VDLV2（代碼023）：直流低電壓2，由DCPT1、2電壓傳感器檢出，檢測(cè)值為1300±5%V。會(huì)跳主接觸器K，能夠自動(dòng)復(fù)位。

牽引變流器GD1（代碼055）：牽引變壓器2次側(cè)接地1，由接地保護(hù)單元GCT檢出，檢測(cè)值3±1A。會(huì)跳主接觸器K，MON上報(bào)牽引變壓器故障代碼004，需操作復(fù)位開關(guān)復(fù)位。

牽引變流器GD2（代碼050）：牽引變壓器2次側(cè)接地2，由接地保護(hù)單元GCT檢出 ，K開放300ms后3±1A。會(huì)跳主斷路器（VCB），需重合VCB操作復(fù)位開關(guān)復(fù)位。MON上報(bào)主回路接地故障142及牽引變流器故障1，代碼004。

牽引變流器OVTGD（代碼024）：OVTh誤點(diǎn)弧，由DCPT1、2電壓傳感器檢出，檢測(cè)值為100V±3%、30秒內(nèi)檢測(cè)到3次。會(huì)跳主接觸器K，需操作復(fù)位開關(guān)復(fù)位。

同時(shí)，牽引變流裝置的無觸點(diǎn)控制裝置可以下載更為詳盡的故障履歷記錄，并得到故障報(bào)出時(shí)列車的具體工況（牽引、恒速和不同等級(jí)的制動(dòng)工況等）。此外，在檢修庫內(nèi)還可以通過動(dòng)車組啟動(dòng)試驗(yàn)來觀察故障特點(diǎn)，以達(dá)到故障重現(xiàn)的目的。

（2）故障分析和處理

根據(jù)牽引變流裝置的主電路，結(jié)合所下載的故障數(shù)據(jù)和庫內(nèi)故障再現(xiàn)的情況，可以從兩個(gè)大的方面來排查牽引變流裝置接地故障的故障點(diǎn)：

中間直流側(cè)回路有接地或檢測(cè)回路有故障造成動(dòng)作

①觸控制裝置在數(shù)據(jù)收集處理過程中發(fā)生錯(cuò)誤。對(duì)于這種情況，可以將故障單元的ISO(傳感器板)、MPU1（整流器控制板）與非故障單元進(jìn)行了調(diào)換，觀察故障是否發(fā)生轉(zhuǎn)移。在實(shí)際應(yīng)用中為了提高效率，也可以把故障單元的整個(gè)無觸點(diǎn)控制回路與非故障單元進(jìn)行了調(diào)換。

②電阻器單元故障。對(duì)于這種情況，可以用萬用表對(duì)電阻單元的DVe1、DVe2、OVRe1、OVRe2這幾個(gè)電阻進(jìn)行的測(cè)量，觀察其阻值是否都在標(biāo)稱范圍內(nèi)。

③接地保護(hù)單元GCT誤動(dòng)作。對(duì)于這種情況，可以將故障單元的接地保護(hù)GCT與非故障單元進(jìn)行了調(diào)換，觀察故障是否發(fā)生轉(zhuǎn)移。

④過電壓保護(hù)OVTh單元故障。同樣可以將故障單元的過電壓保護(hù)OVTh與非故障單元進(jìn)行了調(diào)換，觀察故障是否發(fā)生轉(zhuǎn)移。

牽引變流裝置輸入側(cè)或輸出側(cè)有接地點(diǎn)

牽引變流裝置一邊與主變壓器相連，另一邊與牽引電機(jī)相連，其接地故障的接地點(diǎn)有可能存在這兩個(gè)設(shè)備當(dāng)中。根據(jù)牽引系統(tǒng)主電路分析，可以用萬用表測(cè)量中間電路中501、501a、502幾條大線的對(duì)地絕緣值。若對(duì)地絕緣值很低，則可以判斷牽引變流裝置輸入側(cè)或輸出側(cè)有設(shè)備接地，此時(shí)需要對(duì)二次側(cè)繞阻、牽引電機(jī)、功率模塊分別進(jìn)行接地測(cè)量。在實(shí)際檢修過程中，也可以對(duì)牽引變流裝置內(nèi)部進(jìn)行檢查，通過有無放電燒損點(diǎn)或有無異味來進(jìn)行此類故障的初步排查。

2.3 故障案例

2008年2月23日，CRH2型組動(dòng)車2038次于19:11分北京站剛出站后司機(jī)提手柄加速時(shí)，車輛信息屏上報(bào)第6車（因動(dòng)車組重聯(lián)系統(tǒng)顯示為第14車廂）牽引變流器故障，其故障代碼和故障報(bào)出順序見表2。該車牽引變流器主接觸器斷開，司機(jī)按壓操縱臺(tái)復(fù)位按鈕，但故障仍舊不能消除。 隨后司機(jī)按規(guī)定程序切除該車動(dòng)力維持運(yùn)行。

表2 故障記錄信息

首先，根據(jù)故障所報(bào)出的先后順序我們可以發(fā)現(xiàn)：先是中間直流電壓低（故障代碼023），緊接著報(bào)接地故障（故障代碼142），最后報(bào)出的OVTh誤點(diǎn)?。ü收洗a024）。所以我們可以初步判斷OVTh誤點(diǎn)弧應(yīng)該是中間直流電壓異常后導(dǎo)致的關(guān)聯(lián)故障，應(yīng)當(dāng)不是這次的故障的根本原因。

其次，我們要排查輸入側(cè)或輸出側(cè)有接地的可能，用萬用表測(cè)量中間電路，發(fā)現(xiàn)501、501a、502幾條大線對(duì)地絕緣值很低，只有20K左右，由此基本可以確認(rèn)是接地點(diǎn)故障。同時(shí)，對(duì)牽引變流裝置內(nèi)部大線進(jìn)行了仔細(xì)的目測(cè)檢測(cè)，沒有發(fā)現(xiàn)有放電燒損點(diǎn)，也無異味出現(xiàn)?？紤]道故障報(bào)出是在整流器工作后、逆變器剛投入時(shí)發(fā)生的，所以在負(fù)載側(cè)存在接地的可能性比較大。

基于以上分析，把牽引電機(jī)斷開，以確認(rèn)是否為牽引變流裝置內(nèi)部接地，用兆歐表量牽引變流裝置內(nèi)部大線絕緣值均在50兆歐以上，再測(cè)量牽引電機(jī)，發(fā)現(xiàn)對(duì)牽引電機(jī)機(jī)殼存在接地問題，再經(jīng)進(jìn)行一步測(cè)量，查出是第一位牽引電機(jī)繞阻接地，故障找出。

3 結(jié)論

CRH2型動(dòng)車組牽引變流裝置集成性強(qiáng)、技術(shù)含量高，且對(duì)動(dòng)車組的運(yùn)營效率影響較大，在日常的檢修中應(yīng)提高重視。牽引變流裝置既連接主變壓器又連接牽引電機(jī)，其接地故障屬于較為復(fù)雜的綜合性故障，在故障的排查和檢修時(shí)需要確認(rèn)對(duì)待出現(xiàn)的任何一個(gè)錯(cuò)誤信息，并重視故障信息報(bào)出的時(shí)間順序。同時(shí)，在日常的計(jì)劃性檢修中也有必要加強(qiáng)對(duì)接地和絕緣性能的檢查，以達(dá)到預(yù)防相關(guān)故障的目的。

[1]戴舜華.CRH2型系列動(dòng)車組牽引變流器介紹及故障分析[J].鐵道機(jī)車車輛,2013, 33(2): 93-97

[2]毛林根.淺談牽引變壓器的檢測(cè)與故障診斷[J].鐵道機(jī)車與動(dòng)車, 2016, (10): 36-40

[3]彭華東,王慧.CRH2C 型動(dòng)車組牽引變流器故障分析[J].鐵道技術(shù)監(jiān)督,2013, 41(3): 33-35

[4]戴晨曦,劉志剛,胡軻蜓.關(guān)于高鐵CRH2型動(dòng)車組逆變器故障診斷研究[J].計(jì)算機(jī)仿真,2016,33(4): 217-222

Research on Ground Fault Diagnosis of CRH2 EMUs Traction Converter

KE Xin-meng NIU Chen-xu
(Zhengzhou Railway Vocational & Technical College Zhengzhou Henan 451460 China)

The feature functions and working mechanism of CRH2 EMUs Traction Converter are first introduced. Combining this with fault diagnosis and protection function, the most frequently occurred ground faults are analyzed and identified. Based on what has been discussed above, handling methods and prevention proposals for CRH2 EMUs Traction Converter ground faults are thus put forward.

EMUs traction converter fault diagnosis

A

1673-1816(2017)03-0068-04

2016-06-18

可心萌（1987-），男，蒙古族，河南滑縣人，碩士，助教，研究方向城市軌道交通車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)和強(qiáng)度方面研究。