李思齊 中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司上海動(dòng)車段

1 概述

CRH3 型動(dòng)車組運(yùn)行過(guò)程中，供電線路的交流25 kV, 50 Hz 經(jīng)過(guò)車載主變壓器降壓，牽引變流器斬波、逆變輸入給動(dòng)車組其他設(shè)備。而牽引變流器冷卻單元通過(guò)控制冷卻劑的溫度與流量，以防出現(xiàn)過(guò)熱過(guò)載情況發(fā)生，從而保障牽引變流器的平穩(wěn)運(yùn)行。

2 牽引變流器冷卻單元的工作原理

（1）冷卻單元正常運(yùn)行

如圖1 所示，牽引變流器得電→油泵得電→冷卻介質(zhì)開(kāi)始循環(huán)。

圖1 牽引變流器冷卻單元工作示意圖

（2）冷卻介質(zhì)循環(huán)流程

正常循環(huán)：牽引變流器本體→冷卻介質(zhì)流入冷卻單元主管路→截止閥1、3→油泵→截止閥4→熱交換器→截止閥5→過(guò)濾器→截止閥2→冷卻介質(zhì)流出冷卻單元主管路→牽引變流器本體

（3）冷卻單元各部件的作用

油泵：油泵為牽引變流器冷卻單元的動(dòng)力部件，分為高低速運(yùn)行。正常循環(huán)時(shí)，油泵處于低速狀態(tài)，當(dāng)油泵流入冷卻介質(zhì)不足時(shí)，油泵高速運(yùn)行：膨脹油箱→冷卻介質(zhì)流入冷卻單元支管路→油泵。此外，在三級(jí)修過(guò)程中，當(dāng)牽引變流器冷卻單元換油、或四級(jí)修初次注油后，冷卻單元中含有空氣，冷卻介質(zhì)中的空氣也會(huì)影響冷卻介質(zhì)對(duì)牽引變流器本體的冷卻效果，故需通過(guò)油泵運(yùn)轉(zhuǎn)，將空氣通過(guò)油泵的排氣孔排除。

膨脹油箱：冷卻介質(zhì)受溫度影響熱脹冷縮。夏季，冷卻介質(zhì)熱脹，體積增加，導(dǎo)致熱交換器內(nèi)冷卻介質(zhì)溢出：熱交換器→冷卻介質(zhì)流入-冷卻單元支管路→膨脹油箱。當(dāng)膨脹油箱內(nèi)冷卻介質(zhì)過(guò)多，壓力增加，達(dá)到壓力峰值時(shí)，膨脹油箱排放閥打開(kāi)，排除多余的冷卻介質(zhì)。冬季，冷卻介質(zhì)冷縮，體積下降，油泵從主管路流入的冷卻介質(zhì)不足，膨脹油箱內(nèi)的冷卻介質(zhì)需要補(bǔ)償，導(dǎo)致油泵開(kāi)始高速運(yùn)行。當(dāng)膨脹油箱內(nèi)冷卻介質(zhì)低于9 L時(shí)，膨脹油箱觸發(fā)報(bào)警；低于5 L時(shí)，膨脹油箱截?cái)喙┙o油泵。

熱交換器；對(duì)從牽引變流器本體流入的冷卻介質(zhì)進(jìn)行冷卻，降溫降壓。熱交換器采用自然風(fēng)冷與風(fēng)機(jī)強(qiáng)迫風(fēng)冷兩種方式。在夏季，冷卻介質(zhì)熱脹溫度普遍處于高位，風(fēng)機(jī)長(zhǎng)期處于高速運(yùn)行狀態(tài)；冬季，風(fēng)機(jī)長(zhǎng)期處于低速狀態(tài)。

過(guò)濾器：冷卻介質(zhì)經(jīng)歷壓力變化、溫度變化所產(chǎn)生的雜質(zhì)會(huì)影響冷卻介質(zhì)的冷卻效果，以及冷卻單元管路內(nèi)的壓力，密度為100 um的過(guò)濾器可有效過(guò)濾冷卻單元中雜質(zhì)。

3 常見(jiàn)故障與實(shí)際案例的分析

3.1 常見(jiàn)故障分析

牽引變流器冷卻單元在高級(jí)修檢修過(guò)程中，分為部件外觀狀態(tài)類故障與部件功能性故障。根據(jù)故障現(xiàn)象，進(jìn)行原因分析，并提出排除方法。如表1、表2所示。

3.2 實(shí)際案例分析

故障描述：2021 年 7 月9 日，作業(yè)人員對(duì) CRH380BL-3780 動(dòng)車組09 車進(jìn)行牽引變流器冷卻單元功能試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)冷卻油泵內(nèi)部有異音，且冷卻油泵進(jìn)出口壓力差數(shù)值異常只有0.1 bar(工藝標(biāo)準(zhǔn)為0.4 bar～0.8 bar)。

處置措施：初步檢查，確認(rèn)外觀狀態(tài)良好、無(wú)漏油等異?，F(xiàn)象。將油泵排氣后，異音稍微小一些。根據(jù)電氣原理圖排查控制接線盒后，發(fā)現(xiàn)是冷卻油泵三相線V 相、W 相接反了所造成的油泵內(nèi)部電機(jī)反轉(zhuǎn)（圖2），恢復(fù)正確接線后，異音完全消除。繼續(xù)試驗(yàn)，進(jìn)出口壓力差值依然偏小0.2 bar 左右，分析判斷可能受管路內(nèi)部濾網(wǎng)堵塞（圖3）影響，即將管路中的濾網(wǎng)拆卸，清洗干凈后再試驗(yàn)，進(jìn)出口壓力差數(shù)值終于恢復(fù)為正常的0.69 bar左右，故障消除。

圖2 冷卻油泵控制接線盒內(nèi)部三相線

圖3 冷卻裝置管路內(nèi)部濾網(wǎng)堵塞

原因分析：經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)分析判斷，故障主要是因冷卻油泵三相線接反，導(dǎo)致管路中冷卻液回流，以致一部分雜質(zhì)回流至濾網(wǎng)處引起堵塞，同時(shí)也不排除濾網(wǎng)未定期清潔的因素影響。牽引變流器冷卻油泵為冷卻單元重要組成部分，冷卻功能差會(huì)導(dǎo)致?tīng)恳兞髌鲀?nèi)部溫度居高不下，最終加劇內(nèi)部元器件老化，燒損。

此案例，可歸納為常見(jiàn)故障匯總表序號(hào)1 中的故障4，以及序號(hào)5中的故障1（見(jiàn)表1、表2）。

表1 牽引變流器冷卻單元常見(jiàn)故障表現(xiàn)與處理方法（一）

表2 牽引變流器冷卻單元常見(jiàn)故障表現(xiàn)與處理方法（二）

4 優(yōu)化建議

以上海動(dòng)車段為例，2012 年開(kāi)始進(jìn)行CRH380B（L）動(dòng)車組三、四級(jí)檢修工作，累計(jì)檢修自然組，合計(jì)牽引變流器冷卻單元故障共245 件，功能性故障87 件。根據(jù)上海動(dòng)車段CRH380B（L）動(dòng)車組生產(chǎn)組織安排，牽引變流器冷卻單元生產(chǎn)組織包含：無(wú)電檢修、有電檢修、單車與整車試驗(yàn)?；跔恳兞髌骼鋮s單元工作原理與常見(jiàn)故障分析，結(jié)合上海動(dòng)車段的生產(chǎn)組織，對(duì)牽引變流器冷卻單元的三、四級(jí)修檢修作業(yè)提出以下建議：

4.1 三級(jí)修檢修工作

（1）主、支管路檢修

在無(wú)電檢修階段，重點(diǎn)檢查管路的接頭是否存在油污附著，是確認(rèn)管路是否發(fā)生漏液的典型標(biāo)志。檢查管路中的內(nèi)含濾網(wǎng)，是否存在雜質(zhì)，是確認(rèn)冷卻介質(zhì)是否正常的有效措施。

（2）法蘭盤(pán)檢修（狀態(tài)修）

在無(wú)電檢修階段，重點(diǎn)檢查法蘭盤(pán)處是否存在油污附著，是確認(rèn)法蘭盤(pán)是否漏油的典型標(biāo)志。

（3）油泵檢修（狀態(tài)修）

在有電檢修階段，切換油泵高低速運(yùn)行是否正常，是否存在異音，轉(zhuǎn)向是否正常。在發(fā)生冷卻介質(zhì)更換時(shí)，運(yùn)行油泵4 h以上，每間隔1 h排氣一次。

（4）膨脹油箱（狀態(tài)修）

在無(wú)電檢修階段，未發(fā)生冷卻介質(zhì)更換時(shí)，夏季，冷卻介質(zhì)刻度線在中線以下，冬季，冷卻介質(zhì)刻度線在中線以上，春秋季冷卻介質(zhì)刻度線在中線左右。發(fā)生冷卻介質(zhì)更換時(shí)，冷卻介質(zhì)中存在空氣，刻度線均處于上限。

4.2 四級(jí)修檢修工作

（1）冷卻單元各部件的漏液情況檢修

在整列調(diào)試階段，在牽引變流器冷卻單元運(yùn)行24 h 之后，使用手電檢查各部件是否漏液。

（2）油泵檢修（分解修）

在有電檢修階段，切換高低速運(yùn)行是否正常，是否存在異音，轉(zhuǎn)向是否正常，是確認(rèn)油泵接線是否正常、油泵軸承與組裝作業(yè)是否合格的重要手段。油泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)，手動(dòng)排氣，確認(rèn)填充/排放閥是否正常。

（3）冷卻風(fēng)機(jī)檢修（分解修）

在有電檢修階段，切換高低速運(yùn)行是否正常，是否存在異音，轉(zhuǎn)向是否正常，是確認(rèn)冷卻風(fēng)機(jī)接線是否正常、冷卻風(fēng)機(jī)軸承與組裝作業(yè)是否合格的重要手段。

（4）膨脹油箱（分解修）

作業(yè)方式同三級(jí)修。

（5）各溫度傳感器、壓力傳感器檢修

在單車調(diào)試階段，使用專用軟件連接牽引變流器本體，檢測(cè)各傳感器反饋是否正常，以檢測(cè)各傳感器安裝是否良好，本體運(yùn)行是否良好的重要措施。同時(shí)，可有效檢測(cè)牽引變流器冷卻介質(zhì)是否合格，過(guò)濾器是否運(yùn)行良好。

5 結(jié)論

牽引變流器冷卻單元是牽引變流器能否正常運(yùn)行的根本保證。自2012 年上海動(dòng)車段開(kāi)展CRH3 型動(dòng)車組的高級(jí)修以來(lái)，匯總發(fā)現(xiàn)CRH3型動(dòng)車組三級(jí)修遇到的故障，主要是進(jìn)出口壓力異常、油泵異音、冷卻風(fēng)扇異音、膨脹油箱液位偏低、冷卻介質(zhì)有雜質(zhì)等；而CRH3 型動(dòng)車組四級(jí)修所遇到的，大多為油泵與冷卻風(fēng)機(jī)三相電源線接反所導(dǎo)致的油泵與冷卻風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)、冷卻介質(zhì)中因含有空氣導(dǎo)致的膨脹油箱液位偏低，以及其他部件的狀態(tài)性不良等故障。依據(jù)牽引變流器的工作原理匯總分析其常見(jiàn)故障，可為牽引變流器冷卻單元的日常檢修與運(yùn)用提供有力支持。