袁 曉

（青島四方龐巴迪鐵路運輸設備有限公司，山東青島 266000）

1 CRH1 型動車組網側功率

1.1 CRH1 型動車組高壓牽引系統(tǒng)概述

CRH1 型動車組按編組方式分為兩種類型，16 節(jié)長編組，采用10 節(jié)動力車廂和6 節(jié)無動力拖車分布；8 節(jié)短編組采用5節(jié)動力車廂和3 節(jié)拖車分布，長編組車型高壓系統(tǒng)每半列車使用一套獨立的子系統(tǒng)。8、9 車之間無任何高壓連接。

CRH1 型長編動車組每半列僅有一個受電弓升起，當動車組升弓后，由受電弓向接觸網取流，網側電能經CT（電流互感器），LCBT（主斷路器）后到達MT（主變壓器），經MT 將網側電壓27.5 kV 變?yōu)?02 V 輸出給相鄰動車的LCM（網側變流器模塊），每列動車設有一個LCM，負責將902 V 的交流電整流為1650 V 直流電，與直流環(huán)節(jié)相連的2 個MCM（電機變流器模塊）將直流電根據車速的需求逆變?yōu)榭勺冾l變壓的三相交流電，用以對電機速度進行控制來實現(xiàn)動車組的電力牽引。

1.2 CRH1 型動車組網側功率

根據CRH1 型動車高壓系統(tǒng)電氣部件的位置設計，1～3 車為第一個牽引單元組，4～5 車為第二個牽引單元組，6～8 車為第三個牽引單元組，在每一個單元組內主變壓器的上游，受電弓下游設有一個電壓互感器（圖1 中位置號R.T2），用于檢測輸入到主變壓器內部的電壓值，主變壓器一次側設有一個電流互感器（圖1中位置號U9.T1.3），用于檢測輸入到主變壓器內部的電流值。

圖1 CRH1 型動車高壓系統(tǒng)

電壓互感器（R.T2）及電流互感器（U9.T1.3）將其測得的值電壓值（U）、電流值（I）反饋給相鄰動車的LCM，由LCM 內部的控制單元（DCU/L）計算出由接觸網輸入到單元組的功率，并將此功率發(fā)送給本動車的PCU（牽引控制單元），由PCU 發(fā)送給動車組TC-CCU（列車中央控制單元）進行實時監(jiān)控，由于是接觸網側直接輸入給動車組高壓系統(tǒng)一次側的功率，也稱為網側功率。

作為主變壓器的負載，主變壓器二次側連接到兩個相鄰動車組的LCM，負責將主變壓器二次側的交流電整流為直流電，車上的負載可以根據不同的交流電壓等級，將直流電能變?yōu)榉弦蟮娜嘟涣麟娔苁褂?。而相鄰動車的LCM 作為主變壓器二次側的負載，其內部在直流環(huán)節(jié)設置有電壓互感器和電流互感器，并將其檢測到的數值發(fā)送到LCM 內部的控制單元（DCU/L），由DCU/L 計算出每個動車LCM 模塊的輸出功率，并將其發(fā)送給本車的PCU，之后由PCU 將此數值發(fā)送給動車組TC-CCU 進行實時監(jiān)控，根據電氣原理圖，LCM 是主變壓器二次側直接連接的唯一負載，LCM 模塊的輸出功率也就是主變壓器二次側的輸出功率。

根據功率平衡定律，在任一電路中，產生的功率和消耗的功率相等，因此針對主變壓器，輸入主變壓器一次側的功率和連接主變壓器二次側的LCM 模塊輸出功率應該相等，當這其中某一環(huán)節(jié)的功率出現(xiàn)降低或者損失的時候，會造成網側的功率不平衡。

1.3 CRH1 型動車組網側功率失衡的危害

功率作為衡量電路系統(tǒng)中供電質量的一個重要參數，當電路中真實存在輸入功率和輸出功率不平衡的時候，必然有一部分功率消耗在電路中的其他元器件上，例如電路中線路短路或者斷路，元器件工作異常等，均會造成高壓系統(tǒng)供電故障。當動車組中發(fā)生網側功率不平衡時，主變壓器和LCM 作為被檢測對象，其內部損耗就會變大，異常消耗在主變壓器內部的電能和LCM 內部的電能嚴重影響高壓部件內部的使用壽命，嚴重時會造成主變壓器內部故障或者LCM 內部電氣元件損害不能正常使用，動車組牽引動力受限，使得動車組不得不切除該主變壓器動力單元，動車組降速運行。

2 CRH1 型動車組網側功率失衡故障分析

2.1 CRH1 型動車組網側功率判斷邏輯

根據圖2 網側功率失衡故障的報出邏輯，在相鄰兩個動車PCU 和TC-CCU 通信正常以及動車LCM 在工作的情況下，當主變壓器一次側的網側功率HTXPOW 和相鄰兩個動車的LCM功率之和（HTXLPOW1 和HTXLPOW2 之和）相差大于300 kW超過20 s 之后，車組隨即報出網側功率失衡相關故障，根據其計算原理，分析出現(xiàn)該故障的原因有以下3 個：①其中有1 臺LCM（網側變流器模塊）故障，不能正常將主變二次側的電能整流轉變成電壓等級1650 V 直流電能，造成LCM 內部計算的功率降低；②高壓電路、主變壓器及其次邊繞組和LCM 之間的電路故障，導致電能不能正常在高壓部件之間傳遞；③電壓互感器、電流互感器以及其接線故障，動車組不能正常檢測到電壓和電流值，導致計算出錯誤的功率值。

圖2 網側功率失衡的軟件邏輯

2.2 功率失衡故障原因的查找方法

由于CRH1 型動車組采用網絡控制以及計算，動車的LCM控制單元均是將其數據發(fā)送給每個動車的PCU，由PCU 直接和動車組中央控制單元TC-CCU 進行通信，當車組報出網側功率失衡的相關故障后，需要登錄對應動車的PCU，實時監(jiān)控主變一次側的輸入功率，以及相鄰兩個動車LCM 的輸出功率，來判斷故障點，具體方法和判斷原則如下：

（1）使用個人電腦CRH1 型動車組維護軟件DCUTerm 連接本單元組的兩個PCU 單元，分別加載如下信號：POWCAR（主變一次側功率），POWL（LCM 輸出功率），UL（主變一次側電壓），IL（主變一次側電流），實時監(jiān)控網側功率和LCM 的輸出功率。

（2）查看監(jiān)控到的數值是否異常，相鄰兩個動車的LCM 功率（POWL）之和約等于主變一次側功率（POWCAR），且網側電壓信號（UL），網側電流信號（IL）均有示數，根據功率平衡定律，輸入主變一次側的功率（POWCAR）信號應該大于任意一個動車LCM 的功率信號（POWL）。

（3）由于動車組消耗的功率與動車組在不同的牽引力、制動力、車上用電設備啟動與否等工作狀態(tài)有關、可以采用對比的方法，即通過監(jiān)控配置相同的單元組功率信號來判斷，如果對比監(jiān)控到的信號發(fā)現(xiàn)有一個動車的POWL 信號明顯小于正常車的功率，其他信號對比無異常，則重點檢查該動車的LCM 模塊、高壓線路有無異常放電情況，若線路無異常，則需更換該動車的LCM 模塊。

（4）如果信號中主變一次側的輸入功率（POWCAR）小于或者遠大于兩個動車的LCM 功率之和，由于POWCAR 信號是根據UL 和IL 計算出的，其存在異常定會伴隨著UL 和IL 信號的異常，此時需查看網側電壓信號是否在正常值27.5 kV 左右以及網側電流信號是否有讀數，如果UL 信號不在網側電壓的額定值范圍內，則需要根據電路圖檢查網側電壓互感器到DCU/L 之間的接線，接線無異常的情況下嘗試更換電壓互感器，如果IL信號無有效的示數，則需要檢查主變一次側電流互感器到DCU/L 之間的接線，接線無異常的情況下，需考慮更換主變內部電流互感器。

3 總結

在日常對此類的故障進行分析時，首先根據功率平衡定律以及同配置單元組同工況下功率約等的原則，對動車組內部檢測出來的各部件功率信號進行分析比對，發(fā)現(xiàn)有部件功率信號存在異常后，根據檢測功率的原理，梳理各部件的電氣原理圖，對涉及到的電氣元件和電氣線路進行逐一排查，在故障排查時需要保持耐心，認真仔細的心態(tài)，對存在故障的電氣元件和線路應盡早采取措施處理，使故障消除，保證動車組正常運行。