趙俊賢 中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司合肥機(jī)務(wù)段

1 故障概況

2018年11月20及22日，合肥機(jī)務(wù)段HXD2B-0499機(jī)車連續(xù)2趟均出現(xiàn)途中主斷路器斷開后電機(jī)1自動(dòng)隔離現(xiàn)象，乘務(wù)員在輔助DDU屏上確認(rèn)隔離后維持運(yùn)行。機(jī)車回段后，數(shù)據(jù)分析人員根據(jù)車載數(shù)據(jù)（微機(jī)控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)）判斷故障原因?yàn)?軸整流器IGBT靜態(tài)故障，2次均是更換1軸CVE（可控整流器）模塊，但11月23日運(yùn)行途中該故障再次出現(xiàn)。

2 故障查找分析過(guò)程

2.1 車上檢查

打開主變流柜1的左側(cè)柜門，檢查1軸主電路各相關(guān)部件及線路未見異常。微機(jī)控制系統(tǒng)上電，TCU1燈顯正常。

2.2 對(duì)車載數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分析

轉(zhuǎn)儲(chǔ)車載數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，如圖1所示，2018年11月23日20:26:03主斷路器斷開（ME_OUVDJ:MCB Open），20:26:05及20:26:17先后兩次出現(xiàn)TCU1記錄整流器IGBT靜態(tài)故障（DA_DFRSICE:State feedback IGBT CVE），20:26:20出現(xiàn)電機(jī)1隔離（DM_ISOESS1:Motor1 isolation）。

圖1 HXD2B-0499機(jī)車2018年11月24日入庫(kù)車載數(shù)據(jù)截圖

顯然，電機(jī)1隔離的原因?yàn)?軸整流器IGBT靜態(tài)故障。

2.3 結(jié)合整流器IGBT靜態(tài)故障方程進(jìn)行分析

根據(jù)HXD2B型機(jī)車相關(guān)技術(shù)文檔（如圖2所示）可知，在CVE模塊停止工作后，TCU會(huì)在一定條件下檢測(cè)CVE模塊各橋臂狀態(tài)（正常呈高阻態(tài)），如果檢測(cè)到某個(gè)橋臂的上管或下管的功率元件（IGBT或二極管）短路，便會(huì)記錄整流器IGBT靜態(tài)故障。

圖2 HXD2B型機(jī)車DA_DFRSICE故障說(shuō)明文檔截圖

查看車載數(shù)據(jù)中DA_DFRSICE的相關(guān)背景變量（如圖3、4所示）發(fā)現(xiàn)，其故障方程中的4個(gè)條件在本次故障中均得到滿足：

（1）主接觸器C1(IS)PMCF停止工作在2 s以上（見圖1，DA_DFRSICE在主路器斷開近3 s后出現(xiàn)）；

（2）母線電壓2 900 V以上（見圖3中背景變量crt1_inv_uf_filtre）；

圖3 DA_DFRSICE背景變量（網(wǎng)壓及母線電壓）截圖

（3）網(wǎng)壓26 000 V以上（見圖3中背景變量a_vtcatle_cve）；

（4）第1橋臂下管狀態(tài)變量為“0”（見圖4中背景變量e_ip_b1pmcf1）。

圖4 DA_DFRSICE背景變量（CVE橋臂狀態(tài)）截圖

據(jù)此認(rèn)為，TCU1記錄整流器IGBT靜態(tài)故障在邏輯上是沒有問(wèn)題的，TCU1確實(shí)檢測(cè)到CVE模塊第1橋臂下管出現(xiàn)短路情況。但1軸CVE模塊已更換2次且下車的CVE模塊裝在其他機(jī)車上也工作正常，所以完全可以排除CVE模塊本身故障的可能，故障處所應(yīng)該在與1軸CVE模塊第1橋臂下管相連的電氣部件或線路上。

2.4 結(jié)合機(jī)車電路進(jìn)行分析

圖5 CVE模塊b面橋臂驅(qū)動(dòng)板接口原理截圖

由圖5可知，CVE模塊的b面（side b）為第1橋臂，然后在圖6所示的主電路原理圖中確定了CVE模塊第1橋臂下管的位置?？紤]到HXD2B型機(jī)車各軸主電路直流環(huán)節(jié)負(fù)端（與各橋臂下管IGBT的發(fā)射極相連）正常是接地的（見圖6），若1軸CVE模塊第1橋臂下管IGBT集電極的相連電氣部件或線路存在接地，那么相當(dāng)于該IGBT的集電極與發(fā)射極通過(guò)地（車體）相連，即第1橋臂下管短路。于是拆除1軸直流環(huán)節(jié)負(fù)端接地線，使用1 000 V兆歐表測(cè)量整個(gè)1軸主電路對(duì)地絕緣，其絕緣值不到2 MΩ，再根據(jù)電路布線，拆除主變柜1內(nèi)與主變壓器a11接線端相連的1軸牽引繞組輸出線，測(cè)量其對(duì)地絕緣電阻為2 MΩ左右。最終確定絕緣值低的處所為主變壓器1軸牽引繞組接線端a11，擦拭清潔其絕緣子后，再次測(cè)量其對(duì)地絕緣電阻在100 MΩ以上。機(jī)車庫(kù)內(nèi)反復(fù)合、斷主斷試驗(yàn)良好，機(jī)車上線運(yùn)行良好。

圖6 主電路原理截圖

3 故障原因分析

主變壓器1軸牽引繞組接線端a11對(duì)地絕緣值較低（2 MΩ左右），此處直接與1軸CVE模塊第1橋臂下管IGBT集電極相連，而該IGBT的發(fā)射極（1軸直流環(huán)節(jié)負(fù)端）正常就是接地的，這就相當(dāng)于在CVE模塊第1橋臂下管IGBT的集電極與發(fā)射極之間接入了一個(gè)2 MΩ左右的電阻（如圖7所示），所以在主斷路器斷開后，TCU1先后兩次檢測(cè)到CVE模塊的第1橋臂下管呈低阻態(tài)，從而記錄整流器IGBT靜態(tài)故障，系統(tǒng)保護(hù)性隔離第1電機(jī)。

圖7 CVE模塊第1橋臂下管接地短路示意圖

4 預(yù)防措施

（1）保障HXD2B型機(jī)車主變壓器接線端絕緣子的清潔度，防止因絕緣子表面較臟而降低接線端對(duì)地絕緣:

①機(jī)車修程時(shí)要加強(qiáng)主變壓器各接線端絕緣子的擦拭保潔；

②定制、加裝主變壓器各接線端專用防護(hù)絕緣帽，將接線端整個(gè)防護(hù)起來(lái)。

（2）加強(qiáng)HXD2B型機(jī)車主變流柜復(fù)合冷卻器漏水情況的防治，避免雨水通過(guò)復(fù)合冷卻器浸濕主變壓器接線端，從而導(dǎo)致其對(duì)地絕緣降低。

（3）提高HXD2B型機(jī)車車載數(shù)據(jù)分析能力，加強(qiáng)數(shù)據(jù)分析，充分發(fā)揮數(shù)據(jù)的故障預(yù)警作用，以降低故障漏報(bào)及故障處理不徹底的情況。

5 結(jié)束語(yǔ)

（1）整流器IGBT靜態(tài)故障的各橋臂狀態(tài)背景變量值表示TCU記錄的CVE模塊停機(jī)狀態(tài)下的橋臂上、下管狀態(tài)，“1”表示該管狀態(tài)良好（呈高阻態(tài)），“0”表示該管故障（呈低阻態(tài)）。各橋臂上、下管狀態(tài)由CVE模塊驅(qū)動(dòng)板檢測(cè)，經(jīng)硬線電路反饋給TCU，最終由TCU根據(jù)圖2所示故障方程中的條件判斷是否發(fā)生整流器IGBT靜態(tài)故障，所以CVE模塊驅(qū)動(dòng)板至TCU的狀態(tài)反饋線路或供電線路存在虛接、斷路也會(huì)導(dǎo)致整流器IGBT靜態(tài)故障的發(fā)生。

（2）HXD2B型機(jī)車的車載數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)記錄著機(jī)車運(yùn)行中發(fā)生的各種故障、事件及當(dāng)時(shí)的各種工況參數(shù)（背景變量），非常有利于故障的判斷，但在很多情況下，數(shù)據(jù)中記錄的信息并不能直接指向故障處所，只是提供了有用的線索，必須要結(jié)合故障原理、機(jī)車電路及相關(guān)理論進(jìn)行綜合分析才能準(zhǔn)確查找出故障點(diǎn)，所以單純依靠車載數(shù)據(jù)進(jìn)行故障判斷是有很大局限性的。本文整流器IGBT靜態(tài)故障的判斷充分利用了車載數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)整流器IGBT靜態(tài)故障原理及機(jī)車電路的分析，準(zhǔn)確地找到故障處所，對(duì)HXD2B型機(jī)車相關(guān)故障的判斷具有重要的借鑒意義。