朱進 尤龍

摘 要：Q1斷路器是動車組牽引變流器預充電回路的重要組成部分，當Q1斷路器發(fā)生故障，若處置不當，將給動車組帶來嚴重后果。針對Q1斷路器故障頻發(fā)，為避免故障帶來更大的次生災害，提高故障處置效率，文中以CRH380B（L）型動車組Q1斷路器為研究對象，詳細介紹了故障排查措施，提出故障處置措施，為保證動車組安全運營具有重要的意義。

關鍵詞：動車組;Q1斷路器;故障排查;處置措施

中圖分類號：U269.6 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）20-0044-05

動車組檢修供高壓或過分相區(qū)結束后，主斷路器閉合，為防止大電流直接沖擊動車組相關負載，牽引變壓器二次側與牽引變流器輸入端之間設置預充電回路，當牽引變流器中間直流環(huán)節(jié)電壓達到正常理論值的的95%時，牽引變流器內Q1斷路器閉合，再為牽引變流器供電。若Q1斷路器發(fā)生故障，操作不當導致中間直流環(huán)節(jié)未進行預充電，大電流直接流經牽引變流器，將帶來嚴重的次生災害。近期動車組Q1斷路器故障頻發(fā)，為提高故障處置效率，降低故障帶來的不良影響，對Q1斷路器故障處置措施和具體排查措施進行梳理具有重要的意義。

1 CRH380B（L）型動車組Q1斷路器的功能與結構

1.1 動車組Q1斷路器的功能

CRH380B（L）型動車組中牽引變流器（TCU），通過接受主變壓器二次側輸出電壓，由脈沖整流器將交流電整流成平滑直流電，為輔助變流器提供輸入電源。同時牽引變流器中間直流電源由脈沖逆變器逆變成三相交流電，為四臺牽引電機提供驅動電源。具體供電原理如圖1所示。

CRH380B型動車組供電時，牽引變流器預充電斷路器閉合后，在牽引變流器中間直流環(huán)節(jié)電壓達到正常理論值的的95%時（中間直流環(huán)節(jié)正常理論電壓為3000V），牽引變流器TCU才會控制Q1斷路器閉合。Q1斷路器閉合后連接牽引變壓器二次側和牽引變流器的輸入端，為牽引變流器提供電源。

動車組處在自動過分相區(qū)域中，牽引變流器與變壓器之間的線路斷路器Q1始終處于閉合位，當分相區(qū)結束后，主斷自動閉合;當牽引變流器中間直流環(huán)節(jié)電壓低于2500V時，為避免分相結束重新閉合主斷時將接觸網電壓直接加入中間直流環(huán)節(jié)，造成電壓沖擊，牽引變流器Q1會自動斷開，Q1是線路斷路器，由牽引變流器控制單元（TCU）控制DC110V直流電機驅動閉斷，斷開的時間需要3s。如果牽引變流器在Q1斷開過程中，接收分相區(qū)結束的主斷閉合信號，牽引變流器會阻止主斷閉合，起保護的作用。

1.2 動車組Q1斷路器的結構

Q1斷路器的結構主要由：底座、控制接觸器及線路、主觸點、凸輪、輔助觸點、直流驅動電機及連動機構組成，Q1斷路器由牽引變流器TCU控制，當TCU發(fā)出主斷閉合信號后，通過控制接觸器的常閉觸點，給直流驅動電機供電，電機通過絲桿傳動機構帶動主觸點閉合動作;閉合到斷開時，控制接觸器得電動作，改變直流驅動電機供電的電極，直流電機向相反的方向轉動，通過絲桿傳動機構帶動主觸點斷開動作，同時通過帶動凸輪轉動，觸發(fā)輔助觸點相應動作。具體結構如圖2所示。

1.3 Q1斷路器的電氣控制原理

如原理圖3所示：Q1斷路器由斷開到閉合的控制過程：控制接觸器處于失電狀態(tài)，DC110V電源，正電壓通過Pin1輸入，通過控制接觸器常閉觸點21、22，輔助觸點16、19，給驅動電機供電，通過控制接觸器常閉觸點31、32與電源負電壓Pin2接通形成回路，此時驅動電機正轉帶動觸點完成由斷開到閉合的動作。

如原理圖4所示：Q1斷路器由閉合到斷開的控制過程：控制接觸器得電，DC110V電源，正電壓通過Pin1輸入，經過控制接觸器常開觸點13、14（得電閉合），輔助觸點18、17，給驅動電機供電，通過控制接觸器常開觸點（得電閉合）43、44至電源負電壓Pin2接通形成回路，此時驅動電機通過改變了電源的極性反轉，帶動觸點完成由閉合到斷開的動作。

2 CRH380B（L）型動車組Q1斷路器相關故障診斷邏輯

2.1 動車組Q1斷路器閉合故障邏輯

當牽引變流器控制單元（TCU）發(fā)出閉合指令后，牽引變流器Q1斷路器動作后輔助觸點將給牽引控制單元（TCU），中央控制單元（CCU）反饋信號，正常閉合動作到位后，常開輔助觸點反饋高電平為“1”，常閉觸點斷開、反饋低電平為“0”，如果反饋信號異常（反饋都為“1”或“0”）時，則主斷斷開，報線路斷路器Q1狀態(tài)異常（故障代碼24B2），代碼發(fā)生21s后自動恢復。

若線路斷路器Q1狀態(tài)異常代碼（故障代碼24B2），在30分鐘內發(fā)生3次，則報線路斷路器Q1：多次發(fā)生狀態(tài)異常（故障代碼24B3），此時故障車牽引變流器將自動切除。

2.2 動車組Q1斷路器打開故障邏輯

當牽引變流器控制單元（TCU）發(fā)出斷開指令后，牽引變流器Q1斷路器動作后輔助觸點將給牽引控制單元（TCU），中央控制單元（CCU）反饋信號，正常斷開動作到位后，常開輔助反饋低電平為“0”，常閉輔助觸點閉合狀態(tài)、反饋高電平為“1”，如果反饋信號異常（反饋都為“1”或“0”）時，則主斷斷開，報線路斷路器Q1：由于狀態(tài)異常，測試運行（故障代碼24B4），在主斷斷開的條件下會激活Q1斷路器進行動作測試，測試過程如下：（1）先后輸出20s閉合Q1的指令脈沖，控制Q1斷路器閉合1次;（2）再輸出20s斷開Q1的指令脈沖，控制Q1斷路器斷開1次，測試時間共約43s。

若Q1測試結束且沒有Q1斷開故障，則代碼24B4恢復，車輛可正常閉合主斷;反之若第2次檢測Q1仍無法打開（檢測仍故障狀態(tài)），將報牽引變流器Q1損壞（故障代碼24B5）、報高壓鎖閉（故障代碼631F），此時將鎖閉故障車所在牽引單元的牽引變流器、隔離開關及主斷路器。

3 CRH380B（L）型動車組Q1斷路器故障排查措施

根據(jù)Q1斷路器的結構及控制原理，Q1斷路器故障原因主要有以下幾點，如圖5所示。

故障發(fā)生后，首先需對Q1斷路器外觀狀態(tài)進行檢查，檢查故障Q1斷路器底座、主觸點、驅動電機、輔助觸點、外觀無異常，控制線路及接插件狀態(tài)無異常。

3.1 驅動電機故障排查

將電機接線端通入110VDC電源，控制Q1斷路器由斷開位置至閉合位置時，從控制電源Pin1接入正電壓，Pin2接入負電壓，Pin3不加電壓;控制Q1斷路器由閉合位置至斷開位置時，從控制電源Pin1接入正電壓，Pin2接入負電壓，Pin3接入正電電壓（控制斷路器得電）;檢查電機能夠正常運轉，主觸點是否可以正常閉合和斷開，凸輪動作是否正常。Q1斷路器控制原理如圖6所示。

因此可以排除Q1斷路器由于電氣控制故障、及機械卡滯、主觸點動作卡滯導致故障發(fā)生。

3.2 對Q1斷路器主觸點卡滯故障排查

對Q1斷路器施加不同的工作電壓，對響應時間進行測試。選取10-11這一副輔助觸點進行測試，結合確認閉合時間正常（正常閉合響應時間：420-1500ms），具體測試結果如表1所示。

3.3 主觸點、輔助觸點絕緣故障排查

對Q1斷路器主觸點、輔助觸點絕緣進行測試，排查輔助觸點反饋線路。對Q1斷路器的主觸點間、對地，動靜觸動之間、輔助觸點對地絕緣測試均正常，具體測試結果如表2所示。

3.4 輔助觸點的接觸觸點卡滯排查

對Q1斷路器輔助觸點靜態(tài)接觸阻值進行測量及通斷100次試驗，測試方案：（1）分別給驅動電機DC77V、DC110V、DC137.5V三種不同的工作電壓，測量輔助觸點的接觸阻值（正常阻值范圍≤100mΩ）如表3所示;（2）連續(xù)通斷100次操作，檢查確認輔助觸點狀態(tài)及測量接觸阻值，（阻值≤100mΩ通過），測試結果具體如表4所示。

3.5 Q1斷路器輔助觸點動作延時排查

測試方案：在電機與輸入電源之間串聯(lián)一個可控制電路接通分斷時間的電子負載：通過控制電子負載的接通、分斷時間來控制電路的接通分斷，實現(xiàn)向驅動電機輸入的電源接通時間可控。（1）主觸點在斷開位置，電源的接通時間設定為30ms，間隔2s，對斷路器Q1施加閉合信號，使Q1斷路器向閉合方向逐步閉合動作，檢查在閉合過程中是否存在A區(qū)輔助觸點（12-13、17-18）卡滯的情況;（2）主觸點在閉合位置，電源接通時間設定為30ms，時間間隔2s，對Q1斷路器施加斷開信號，使斷路器向斷開方向逐步斷開動作，驗證在C區(qū)輔助觸點（14-15、16-19）是否存在卡滯的情況。

測試結果如下：Q1斷路器由斷開—閉合動作狀態(tài)監(jiān)控發(fā)現(xiàn)常閉輔助觸點和常開輔助觸點切換時有延時，具體試驗情況如下：

如圖7所示，為Q1斷路器由閉合到斷開過程中常開輔助觸點12-13，常閉輔助觸點17-18的狀態(tài)切換過程。正常情況下常開觸點12-13閉合到17-18斷開的過度時間約為20ms，但在試驗過程中發(fā)現(xiàn)有時這個過度時間會達到520ms。具體如圖7所示（圖7為示波器的橫軸為輔助觸點動作時間ms，縱軸為輔助觸點閉合、斷開的狀態(tài)反饋，高電平為閉合狀態(tài)，低電平為斷開狀態(tài)，黃色線條為12-13常開觸點、藍色線條為17-18常閉觸點）：

同理，Q1斷路器由閉合—斷開動作狀態(tài)監(jiān)控發(fā)現(xiàn)常閉輔助觸點和常開輔助觸點切換時有延時，為Q1斷路器由閉合到斷開過程中常開輔助觸點16-19，常閉輔助觸點14-15的狀態(tài)切換過程。正常情況下常開觸點16-19閉合到14-15斷開的過度時間約為20ms，但在試驗過程中發(fā)現(xiàn)16-19并未閉合，直至下一個脈沖觸發(fā)后才閉合。

4 動車組報Q1斷路器故障處置措施及典型故障案例

4.1 動車組報Q1斷路器故障處置措施

在檢修過程中，升弓后需確認故障界面無Q1斷路器相關故障代碼，再進行閉合主斷路器操作。若升弓后HMI屏故障界面報線路斷路器Q1故障（相關代碼：24B2或24B3或24B4或24B5），禁止操作閉合主斷路器，需對Q1斷路器進行故障排查處置后，方可閉合主斷路器供高壓電。

運用過程中若報線路斷路器Q1：由于狀態(tài)異常，測試運行（故障代碼24B4），此時由于測試時間需要43s完成，在此時間內需禁止操作閉合列車供電主斷路器（VCB），列車供電可能會產生浪涌電流造成電氣設備燒損。故障發(fā)生后，可使用Sibas軟件對Q1斷路器進行測試，Q1測試動作正常，故障消除，方可閉合主斷路器，若故障未消除可切除故障車牽引變流器，重新閉合主斷路器（VCB），如果切除故障牽引變流器后，主斷路器（VCB）仍無法閉合，可切除故障牽引單元車頂高壓供電隔離開關，再閉合主斷路器（VCB），維持運行。

4.2 動車組Q1斷路器故障典型故障案例

統(tǒng)計南京南動車運用所使用相同型號Q1斷路器的CRH380B（L）型動車組，2018年1月1日至11月1日共發(fā)生Q1短路器故障37件。具體典型故障如下：

2018年7月24日，xx動車所CRH380B-37xx動車組，03車報牽引變流器內部Q1斷路器故障，導致牽引變流器進行Q1斷路器測試，在測試過程中未封鎖主斷，作業(yè)人員閉合列車主斷路器操作后，03車牽引變流器未進行預充電，產生較大的涌入電流，造成Q1斷路器熱熔，主斷路器真空包擊穿，02車受電弓在自動降弓過程中與接觸網發(fā)生放電拉弧致使接觸網網線燒斷。如圖8所示。

5 Q1斷路器故障的預防措施

軟件優(yōu)化：對牽引變流器控制單元（TCU）的控制邏輯程序進行優(yōu)化，動車組報24B4代碼，行Q1測試時，自牽引變流器控制單元（TCU）發(fā)出測試命令后，封鎖主斷路器閉合信號，禁止閉合主斷，避免出現(xiàn)牽引變流器未經過預充電過程，主變壓器直接對牽引變流器供電，造成相關高壓部件的燒損。

機械調整：在動車組修程中，對Q1斷路器進行功能性測試，對單凸輪片兩側有差異的輔助觸點凸輪組，根據(jù)Q1斷路器輔助觸點凸輪開關時序制作的標準樣尺，進行檢測并調整至正確位置。

6 結語

通過對CRH380B（L）型動車組Q1斷路器的功能結構、報出故障的邏輯條件和主要故障原因分析，總結制定了后續(xù)預防措施，詳細介紹了Q1斷路器故障的排查方法，提出了故障發(fā)生后不同工況下故障的處置措施，對動車組的故障處理具有重要的指導意義。

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