劉金柱

（中車長春軌道客車股份有限公司， 長春 130062）

CR400BF 動(dòng)車組從2017 年6 月批量投入運(yùn)營以來發(fā)生了多起高壓箱設(shè)備放電導(dǎo)致的網(wǎng)側(cè)過流故障。某16 編組動(dòng)車組在運(yùn)行過程中HMI 報(bào)6 車高壓控制單元1 觸發(fā)線電流保護(hù)、高壓控制單元2觸發(fā)線電流保護(hù)故障。司機(jī)停車小復(fù)位后嘗試切除3 車和6 車高壓隔離開關(guān)無效，隨后升起14 車受電弓，保持一半牽引力運(yùn)行，期間停車28 min。列車回庫后檢查發(fā)現(xiàn)3 車車頂高壓箱輸出終端線纜處異常，如圖1 所示。

圖1 高壓箱輸出終端線纜處電蝕現(xiàn)象

發(fā)生故障后在應(yīng)急處理時(shí)，機(jī)械師以人工方式查看受電弓監(jiān)控視頻確認(rèn)是哪個(gè)牽引單元發(fā)生了故障，這樣增加了機(jī)械師判斷故障位置的難度與不確定性，增加了應(yīng)急處置的時(shí)間，對(duì)動(dòng)車組的正常運(yùn)營秩序造成了嚴(yán)重的影響。

針對(duì)CR400BF 動(dòng)車組發(fā)生網(wǎng)側(cè)過流故障，在鐵總技術(shù)中心的牽頭下提出了相關(guān)的解決方案。文中通過對(duì)故障發(fā)生的原理以及當(dāng)前故障判斷邏輯的詳細(xì)分析，指出了當(dāng)前故障處理方案的不足，提出了在高壓車車頂隔離開關(guān)出口側(cè)增加CT4 電流互感器、增加高壓控制單元（簡稱“HVCU”）硬件檢測與軟件診斷、增加中央控制單元（簡稱“CCU”）軟件診斷，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)過流故障接地點(diǎn)的準(zhǔn)確定位方案。

1 CR400BF 動(dòng)車組高壓系統(tǒng)既有過流保護(hù)方案

1.1 高壓系統(tǒng)的檢測與保護(hù)

CR400BF 型動(dòng)車組高壓系統(tǒng)由主斷路器（簡稱“VCB”）前端設(shè)置的網(wǎng)流互感器CT1，牽引變壓器設(shè)置的原邊電流互感器CT2 和接地回流互感器CT3 進(jìn)行保護(hù)，如圖2 所示。

圖2 CR400BF 動(dòng)車組互感器設(shè)置原理圖

CR400BF 動(dòng)車組每個(gè)牽引單元均設(shè)置2 個(gè)互為冗余的HVCU，其具有模擬量數(shù)據(jù)采集和硬件快速保護(hù)功能。硬件快速保護(hù)功能是對(duì)網(wǎng)側(cè)電流、變壓器原邊電流等瞬時(shí)峰值超限觸發(fā)的保護(hù)，此保護(hù)由HVCU 控制VCB 斷開動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)的，起到保護(hù)高壓箱設(shè)備、牽引變壓器等設(shè)備的作用，結(jié)構(gòu)關(guān)系如圖3 所示。

圖3 CR400BF HVCU 采集及保護(hù)工作原理圖

HVCU 通過MVB 將采集的電流有效值與硬件快速保護(hù)信息發(fā)送給CCU 進(jìn)行故障診斷，并將故障代碼在顯示屏上顯示。

1.2 中央控制單元的診斷與保護(hù)

電流有效值超限保護(hù)由CCU 發(fā)送的MVB 指令通過輸入輸出I/O 模塊的DO 控制VCB 斷開。

中央控制單元對(duì)網(wǎng)側(cè)電流有效值進(jìn)行診斷，當(dāng)發(fā)生超限后則產(chǎn)生分主斷信號(hào)，使VCB 斷開從而對(duì)高壓系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)，計(jì)算公式為式（1）：

式中：Ict1為網(wǎng)側(cè)電流值；Ict2_1為牽引單元1 變壓器原邊電流值；Ict2_2為牽引單元2 變壓器原邊電流值；當(dāng)網(wǎng)側(cè)電流有效值大于2 個(gè)牽引單元間變壓器原邊電流有效值之和的130%，或者小于2 個(gè)牽引單元間變壓器原邊電流有效值之和的30%，則產(chǎn)生分主斷信號(hào)，斷開VCB 使能環(huán)、打開主斷路器。

目前方案中，當(dāng)存在升弓側(cè)高壓箱或者非升弓側(cè)高壓箱設(shè)備放電現(xiàn)象時(shí)，只有升弓側(cè)CT1 電流超限并通過HVCU 進(jìn)行了斷開VCB 的保護(hù)，而CT2 采集值無超限變化，無法通過CT1 和CT2 的采集值判斷是升弓側(cè)高壓箱設(shè)備故障還是非升弓側(cè)高壓箱設(shè)備故障，對(duì)應(yīng)急處置判斷切除故障牽引單元車頂隔離開關(guān)或換弓操作造成影響。

2 CR400BF 動(dòng)車組高壓系統(tǒng)過流保護(hù)優(yōu)化方案

2.1 高壓系統(tǒng)的檢測與保護(hù)優(yōu)化

CT1、CT2、CT3 電流互感器及安裝位置不變，在高壓箱外增加電流互感器CT4，將其安裝在車頂高壓線纜上，用于檢測伙伴單元高壓系統(tǒng)的輸出電流或本單元的輸入電流，如圖4 所示。

圖4 CR400BF 動(dòng)車組增加CT4 互感器設(shè)置原理圖

CR400BF 型動(dòng)車組增加2 個(gè)CT4 電流互感器后，可將本單元CT1 至伙伴單元CT2 間的主電路劃分為2 段，在升弓側(cè)CT1 過流的情況下，通過CT4 是否過流判斷接地點(diǎn)所在單元。

HVCU 增加1 路采集通道用于CT4 電流采集［1］，此通道具備電流超限后的快速保護(hù)功能，當(dāng)CT4 過流后能快速的斷開VCB，如圖5 所示。

圖5 CR400BF HVCU 增加CT4 互感器采集及保護(hù)工作原理圖

對(duì)CT4 采集信號(hào)的處理HVCU 增加了軟件邏輯模塊。此模塊對(duì)CT4 互感器信號(hào)進(jìn)行了采集、濾波處理并通過MVB 轉(zhuǎn)發(fā)給中央控制單元，并對(duì)超過設(shè)定閾值的情況進(jìn)行封鎖保護(hù)及解鎖功能，如圖6 所示。

圖6 HVCU 增加的邏輯模塊

2.2 中央控制單元診斷與保護(hù)優(yōu)化

增加CT4 電流互感器后，CT1、CT2、CT3 過流檢測功能及保護(hù)動(dòng)作邏輯保持不變，根據(jù)電流互感器的過流情況，判斷具體故障位置，CCU 增加的邏輯模塊如圖7 所示。

圖7 CCU 增加的邏輯模塊

非升弓單元接地過流判斷邏輯為式（2）：

升弓單元接地過流判斷邏輯為式（3）：

式 中：Iupct4peak為 升 弓 側(cè)CT4 電 流 峰 值；Idownct4peak為 非升 弓 側(cè)CT4 電 流 峰 值；Isetct4為CT4 設(shè) 定 閾 值；Ict1peak為CT1 電流峰值。

綜上分析，CCU 根據(jù)判斷CT1 和增加的CT4互感器的過流情況，可準(zhǔn)確的判斷出是哪個(gè)牽引單元發(fā)出的接地故障，并在HMI 進(jìn)行信息提示，司機(jī)可及時(shí)進(jìn)行應(yīng)急處理，詳見表1。

當(dāng)發(fā)生高壓系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)過流后，CCU 增加的故障代碼通過遠(yuǎn)程無線傳輸系統(tǒng)將故障信息傳輸至地面，便于故障及時(shí)的分析與處理。

3 系統(tǒng)優(yōu)化測試

3.1 地面測試

在試驗(yàn)室對(duì)升級(jí)后的高壓控制單元進(jìn)行測試，在CT4 通道輸入電壓后HVCU 能正確采集到到有效值，并且在設(shè)置閾值電壓后，當(dāng)輸入電壓超限后，HVCU 能進(jìn)行快速響應(yīng)保護(hù)動(dòng)作，通過Con?trol Build 軟件開發(fā)平臺(tái)進(jìn)行測試，記錄如圖8所示。

圖8 HVCU CT4 采集通道超限后保護(hù)記錄

3.2 車輛測試

在列車靜態(tài)無高壓狀態(tài)下，HVCU 上載升級(jí)后的應(yīng)用程序，通過電流源模擬給CT4 互感器輸入電流，確認(rèn)有效值采集及超出閾值后的保護(hù)動(dòng)作功能。

（1）CT4 通道采集測試

模擬CT4 互感器電流值，大小分別為50 A、100 A 時(shí)通過Monitor 監(jiān)控軟件記錄采集的有效值和峰值，如圖9、圖10 所示。

圖9 模擬50 A 有效值及峰值記錄結(jié)果

圖10 模擬100 A 有效值及峰值記錄結(jié)果

（2）CT4 通道快速響應(yīng)保護(hù)測試

設(shè)置HVCU 的CT4 通道超限閾值為650 A，將CT4 采集的電流值增加至655 A，觸發(fā)高壓控制單元CT4 快速響應(yīng)保護(hù)動(dòng)作，CCU 故障記錄的數(shù)據(jù)，如圖11 所示。

圖11 CT4 觸發(fā)快速保護(hù)記錄

4 結(jié) 論

針對(duì)CR400BF 動(dòng)車組在運(yùn)行過程中發(fā)生網(wǎng)側(cè)過流故障后，無法準(zhǔn)確定位接地點(diǎn)位置的原因進(jìn)行了深入分析，并提出了解決方案。通過增加CT4 電流互感器，增加高壓控制單元采集通道及瞬時(shí)值記錄功能，優(yōu)化高壓控制單元和中央控制單元的診斷邏輯、應(yīng)用遠(yuǎn)程無線傳輸系統(tǒng)等一系列的方法，明確了網(wǎng)側(cè)電流過流故障接地點(diǎn)的定位方案。通過實(shí)際應(yīng)用證實(shí)新方案切實(shí)、有效解決了無法定位接地點(diǎn)位置的問題，同時(shí)做到了故障的實(shí)時(shí)跟蹤和故障數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)儲(chǔ)，有效減少了對(duì)列車運(yùn)行的影響。