李 化 葉小波

(中車資陽機車有限公司維保及售后服務部 四川 資陽 641300)

1 問題的提出

HD100B型內(nèi)燃動車組是出口到非洲蘇丹的動車產(chǎn)品，自2018年投入運用以來，為蘇丹經(jīng)濟發(fā)展做出了巨大貢獻。動車組采用2動6拖的組合方式，機車裝用一臺CAT3516柴油機，同時為機車牽引、列車供電、輔助交流傳動提供動力。輔助交流供電由ACU系統(tǒng)控制和完成，將輔助交流發(fā)電機提供的電源經(jīng)過變頻器變換后提供列車三相四線制供電和柴油機冷卻水大風扇、牽引電機通風機、空調(diào)等的供電。動車組經(jīng)過1年的運行后，其中一臺機車2506號在運用中開始報出ACU系統(tǒng)故障，逆變模塊1、模塊2故障，造成機車卸載，司機對ACU斷電復位即恢復正常，機車回段后檢修人員無法準確判斷原因進行處理，做了很多工作問題都沒有得到根除，每次處理后機車連續(xù)幾天正常，然后又報出同樣問題，后期故障發(fā)生越來越頻繁，甚至斷電復位不能恢復正常，導致機車退出牽引狀態(tài)。

2 初步分析與處理

從機車微機顯示屏的記錄故障看，微機報出ACU系統(tǒng)逆變模塊1、模塊2故障，有時伴有柴油機轉(zhuǎn)速傳感器故障，這兩個變頻器模塊的功能是輔助交流發(fā)電機發(fā)電后，根據(jù)需要對牽引電機通風機和柴油機冷卻風扇供電，不同的牽引電流和柴油機冷卻水溫度輸出不同的電機轉(zhuǎn)速控制。此外還有一個逆變模塊3輸出三相交流電，為客車車輛以及機車除塵風機和車體通風機還有司機室空調(diào)供電，當司機選擇為他車供電時本車逆變模塊3不工作。ACU、冷卻風扇、通風機布局如圖1所示。

ACU系統(tǒng)控制關(guān)系如圖2所示，當ACU的逆變模塊1、模塊2報故障后通風機和冷卻風扇電機停止工作，引起機車卸載，停止牽引主發(fā)電機輸出。檢修人員對變頻器進行檢查，變頻器制造商是芬蘭VACON公司，質(zhì)量比較可靠，連接VACON控制面板查看故障記錄，記錄顯示逆變器輸入電壓低，分析該問題是由于交流發(fā)電機停止發(fā)電在先，然后逆變模塊檢測到輸入異常后停止工作并報出故障記錄。ACU控制柜內(nèi)的逆變器模塊如圖3所示。

輔助交流發(fā)電機的控制由ACU系統(tǒng)中的勵磁控制板調(diào)節(jié)，勵磁控制板根據(jù)PLC接收到柴油機轉(zhuǎn)速信號后輸出相應的勵磁控制，對應關(guān)系如表1所示。在本案中，微機有時記錄了柴油機轉(zhuǎn)速傳感器故障，故對傳感器進行了更換，然而機車正常工作兩天后還是報出轉(zhuǎn)速傳感器故障和逆變模塊故障。為了排除硬件故障，繼續(xù)更換了ACU輔助交流發(fā)電機勵磁控制板，PLC輸出控制逆變模塊工作的信號放大板，輔助交流發(fā)電機的勵磁繞組連接線纜，最終與正常機車的PLC進行對換，問題仍沒有得到解決，所以得出結(jié)論：問題應該出在軟件或者網(wǎng)絡通訊。

3 微機大數(shù)據(jù)記錄的分析

下載了微機的全部運行記錄大數(shù)據(jù)，進行進一步分析，由于機車運行數(shù)據(jù)每隔1 s記錄1次，數(shù)據(jù)量很大，通過故障記錄時間點對應的數(shù)據(jù)進行分析，很快找到了異常，如圖4中，交流輔助發(fā)電機發(fā)出功率從13 kW突然停止輸出，此時對應的勵磁電流從6 A變成零，而對應的ACU柴油機轉(zhuǎn)速1 605 r/min前后連續(xù)沒有中斷，5 s后勵磁電流再次出現(xiàn)零，此時對應的柴油機轉(zhuǎn)速從1 602 r/min瞬間變?yōu)榱?下一次記錄又是1 604 r/min，可以推測在上一次勵磁電流降為零時，柴油機轉(zhuǎn)速很可能也出現(xiàn)了零的情況，但數(shù)據(jù)是每隔1 s才記錄，所以數(shù)據(jù)看起來仍是正常，綜上，問題的查找演變?yōu)榻鉀QACU記錄中柴油機轉(zhuǎn)速突變的問題。

圖1 交流輔助發(fā)電機、牽引電機通風機、冷卻風扇位置布局

圖2 ACU系統(tǒng)控制關(guān)系

圖3 輔助變流柜內(nèi)的逆變器模塊

4 網(wǎng)絡通訊的檢查與處理

通過微機大數(shù)據(jù)分析后，由于在ACU硬件方面已經(jīng)做了很多的工作，檢查重點轉(zhuǎn)為網(wǎng)絡系統(tǒng)，ACU系統(tǒng)接收的柴油機轉(zhuǎn)速有兩路信號可以切換使用，一路由外部柴油機轉(zhuǎn)速傳感器提供，另一路由網(wǎng)絡通訊傳輸柴油機ECM自身檢測的轉(zhuǎn)速信號，對比差值過大就報轉(zhuǎn)速傳感器故障，而轉(zhuǎn)速傳感器已經(jīng)更換，即使拔除傳感器插頭僅使用柴油機ECM，轉(zhuǎn)速信號故障仍然存在，排除轉(zhuǎn)速傳感器對該故障的影響。

表1 輔助交流發(fā)電機輸出電壓頻率與柴油機轉(zhuǎn)速的關(guān)系

圖4 微機大數(shù)據(jù)分析

根據(jù)網(wǎng)絡拓撲(見圖5)，ACU與機車微機ACC1、通訊主機ACC2、柴油機ECM利用RS485/Modbus通訊總線進行數(shù)據(jù)交換，對ACC2通訊插頭進行檢查，輕輕搬動紅色的終端電阻小開關(guān)(見圖6)，微機顯示屏網(wǎng)絡拓撲圖立即顯示ACU通訊故障,繼續(xù)取出通訊線檢查，發(fā)現(xiàn)原本不需要剝開的絕緣外皮的線頭被剝開，正常情況電線端頭放進卡槽直接壓入內(nèi)部的刀口，刀口切割開絕緣層后卡緊，達到良好連接，這只插頭的電線頭被去除絕緣外皮，很可能曾經(jīng)發(fā)生過連接不可靠的情況，由于沒有新插頭更換，剪掉剝出線頭的部分，按照正常的安裝方法重新連接線纜，機車正常運用了兩個星期后，故障再次出現(xiàn)。因此，推斷可能是插頭本身存在問題，一是插頭內(nèi)部的刀口可能在以前的安裝過程中被擠壓變形后造成接觸不夠好，接觸電阻增大，隨著機車運行的震動情況逐步惡化；二是紅色終端電阻開關(guān)可能接觸不良。在用戶的幫助下更換了一個新的通訊插頭，前述問題徹底得到解決，機車正常運用至今。

圖5 網(wǎng)絡拓撲圖

圖6 通訊插頭

5 結(jié)論

從發(fā)現(xiàn)HD100B型內(nèi)燃動車組逆變模塊報故障到徹底解決，持續(xù)了將近一個月時間，通過數(shù)據(jù)分析和處理結(jié)果最終確定微機通訊插頭存在故障，導致網(wǎng)絡通訊不暢，當ACU微機接收到的柴油機轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)異常后，停止交流輔助發(fā)電機勵磁電流，相關(guān)的逆變模塊因為輸入欠壓報出模塊故障，導致機車卸載，該問題的分析處理過程對今后出現(xiàn)類似情況有很大的參考價值?！?/p>