郝 亮 張心悅

（廣州電力機車有限公司，廣東 廣州510850）

HXD1B 型六軸電力機車是中車株洲電力機車在HXD1 型電力機車設(shè)計制造技術(shù)平臺的基礎(chǔ)上與德國西門子合作研制的，該型機車采用IGBT 牽引變流器，單軸控制技術(shù)，單軸交流電牽引電動機最大功率1600 kW、總功率9600 kW；控制電源柜采用由深圳通業(yè)自主研發(fā)的TGY02[1]型電源柜，隨著HXD1B型機車在線路上運用考核，不斷優(yōu)化完善控制電源柜各項監(jiān)測指標，也發(fā)現(xiàn)電源柜監(jiān)控模塊還存在一些小的缺陷，本文通過廣州電力機車有限公司檢修機車在段運行中發(fā)現(xiàn)的監(jiān)控模塊故障，分析監(jiān)控模塊工作原理和實際故障點，提出優(yōu)化監(jiān)控模塊控制程序方法的建議。

1 監(jiān)控模塊故障的基本情況

2019 年5 月17 日，鄭州機務(wù)段配屬HXD1B0236 因蓄電池欠壓造成機車控制系統(tǒng)失電，請求救援后，機車控制電源恢復(fù)正常，但運行10 分鐘后，控制電源又突然失電，最終導(dǎo)致該機車產(chǎn)生機破。

1.1 監(jiān)控模塊故障現(xiàn)象

回段后，由我司售后人員與深圳通業(yè)售后人員共同上車檢查，發(fā)現(xiàn)微機屏出現(xiàn)多條“蓄電池已欠壓”[2]故障，同時我司售后人員下載CCU 數(shù)據(jù)，通過SIBAS 32 Expert 2 軟件分析，同樣發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)多次“蓄電池電壓低于85V”報警，

1.2 監(jiān)控模塊故障處置情況

通過庫內(nèi)高壓試驗，對控制電源柜監(jiān)控模塊數(shù)據(jù)進行分析，發(fā)現(xiàn)監(jiān)控模塊顯示的交流輸入電壓一直波動，最低達到AC150V，各個AC/DC 模塊隨著輸入電壓的波動，時而停止輸出，這個過程控制電源柜輸出電壓在80-86V 波動，而實際交流輸入電壓一致是AC440V 正常狀態(tài)。將該監(jiān)控模塊與庫內(nèi)正常車進行對調(diào)，故障隨著監(jiān)控模塊轉(zhuǎn)移，在正常車上故障現(xiàn)象類似，監(jiān)控模塊監(jiān)測的輸入電壓在AC 149V 左右跳動，控制電源柜輸出時而停止。從而確定故障件為監(jiān)控模塊。

2 監(jiān)控模塊外部接口、過壓欠壓工作原理及故障分析

2.1 監(jiān)控模塊外部接口

控制電源柜內(nèi)監(jiān)控模塊外部接口[3]如圖1 所示，監(jiān)控模塊用于采集三相輸入電壓U1、V1、W1，電流傳感器B01、B02, 直流110V 充電模塊A01、A02、A03、A04，直流24V 充電模塊A07、A08 等信號，并通過軟件與硬件兩種途徑輸出監(jiān)測數(shù)據(jù)及保護信號。其一通過硬線反饋給“信號轉(zhuǎn)接板A06”輸出過流、DCDC模塊故障、ACDC 模塊故障和斷路器Q01-Q05 斷開等硬線模擬量，直接用于斷開相關(guān)繼電器的電源輸入，起到保護作用。其二通過RS485 轉(zhuǎn)以太網(wǎng)模塊，將控制電源柜監(jiān)控數(shù)據(jù)時時傳輸給機車微機控制系統(tǒng)CCU，通過軟件方式對該數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，并傳送到司機室微機顯示屏上。

圖1 監(jiān)控模塊對外接口示意圖

2.2 監(jiān)控模塊輸入過壓、欠壓工作原理

監(jiān)控模塊通過對比輸入電壓和過欠壓基準電壓數(shù)值，控制光耦的通斷達到控制輸出開關(guān)信號FAIL，當輸入電壓大于過壓基準電壓時，或者小于基準電壓時，光耦導(dǎo)通，輸出FAIL 低電平信號；再利用開關(guān)信號FAIL 控制輸入繼電器和驅(qū)動波形的輸出斷開，從而控制模塊的輸出。HXD1B 型機車控制電源柜設(shè)計時，按照當三相交流輸入電壓小于350V±20V(10%負載)或大于540V±20V(10%負載)時，控制電源柜停止工作，電壓恢復(fù)正常后，系統(tǒng)自動恢復(fù)工作。即過壓保護值為540V±20V(10%負載)，欠壓保護值350V±20V(10%負載)，監(jiān)控通過對輸入電壓采樣，進行預(yù)警提示。通過MATLAB 模擬電路如圖2 所示，對監(jiān)控模塊過壓欠壓工作原理進行仿真，調(diào)節(jié)電阻R114 的大小，發(fā)現(xiàn)輸出開關(guān)信號FAIL 在高電平與低電平之間跳動。

圖2 過壓、欠壓仿真電路示意圖

2.3 HXD1B0236 機破故障原因

通過對故障監(jiān)控模塊拆解，檢查電路板沒有可視異常，通電測試，發(fā)現(xiàn)在監(jiān)控模塊靜態(tài)下，故障沒有重現(xiàn)，當晃動監(jiān)控模塊時，故障再現(xiàn)，檢查發(fā)現(xiàn)交流輸入檢測電路的貼片電阻R170 一側(cè)焊盤存在電拉弧現(xiàn)象，使用表筆按照貼片電阻本體，拉弧現(xiàn)象消失，通過對貼片電阻重新焊接，測試正常，無論如何晃動監(jiān)控模塊，故障均未出現(xiàn)。從而確定故障原因為監(jiān)控模塊交流輸入檢測電阻采樣失真，導(dǎo)致采樣輸入電壓低于AC360V 時，監(jiān)控模塊斷開AC/DC 模塊調(diào)壓端，使AC/DC 模塊停止工作，導(dǎo)致控制電源柜處于失效模式，蓄電池一直處于放電狀態(tài)。

3 整改方案及建議

通過同深圳通業(yè)廠家對HXD1B0236 機車控制電源柜故障分析，查出造成本次機破的主要原因由有兩個：a.監(jiān)控模塊內(nèi)部電路板電阻虛焊，導(dǎo)致輸入電壓采樣失真，從而產(chǎn)生誤判斷。b.充電模塊AC/D 本身已經(jīng)具有過壓與欠壓保護，又在監(jiān)控模塊內(nèi)重新增加過壓、欠壓保護，導(dǎo)致程序過于復(fù)雜，產(chǎn)生過多保護，影響機車正常運行。通過分析，決定對控制電源柜程序進行優(yōu)化，具體優(yōu)化程序為，取消監(jiān)控模塊內(nèi)部輸入過欠壓保護功能，即當監(jiān)控模塊監(jiān)測到交流輸入異常時，不再執(zhí)行保護動作，僅對外提示模塊故障，從而避免影響機車正常運行。

4 結(jié)論

本文通過對HXD1B0236 機車控制電源柜故障進行分析，查明了故障原因，并對后期如何防止此類故障提出了建議及程序優(yōu)化措施，通過中車株洲電力機車設(shè)計部門驗證后，將對新造機車及在段運用機車實施優(yōu)化，避免類似故障再次發(fā)生，影響機車正常運用。