动车组接触器故障分析及改进

动车组接触器故障分析及改进

张明

中国铁路北京局集团有限公司北京动车段北京102600

摘要：动车组接触器是列车上关键的电气部件,其作用为接通或断开电路回路,应用于整车的配电柜、牵引变流器、辅助电源装置等设备中。2015年以来,动车组辅助电源装置频繁报出故障代码“DCHKDA”,复位无法消除故障,给动车组运营带来较大影响。DCHK是主电路中快速放电接触器的电路代号,“DCHKDA”和“DCHKD”分别代表接触器的2类故障,其中“DCHKDA”代码代表DCHK接触器无法闭合故障,“DCHKD”代码代表DCHK接触器无法断开故障。但是动车组返回后DCHK接触器常规检测正常,无法定位具体故障原因。本文引入接触器应用的可靠性试验，从可靠性角度对故障品进行了测试调查,找到了故障原因及改进方向。同时,从软件逻辑优化及硬件开发改进2个方面实现了接触器的可靠性提升,并对硬件优化后的接触器进行了可靠性定级试验,以确保装车应用的可靠性。

关键词：动车组；接触器故障；改进措施

1动车接触器功能及故障介绍

辅助电源装置的额定中间直流电压为DC850V,固定放电电阻R2为5000Ω,快速放电电阻R1为100Ω。无网压输入时(过分相时),辅助电源装置立即封锁门极脉冲,1s后断开输入接触器,中间直流环节首先通过固定放电电阻进行放电,22s之后闭合DCHK接触器接通快速放电电阻进行快速放电。当再次接入输入网压且中间直流电压小于50V时,控制单元发出DCHK接触器断开指令,断开快速放电回路,进入辅助电源装置启动阶段。故障现象为过分相后辅助电源装置频繁报“DCHKDA”故障,复位无效。

2故障原因分析

2.1故障判断逻辑及数据分析

“DCHKDA”放电接触器无法闭合故障的检测逻辑为:控制单元发出DCHK闭合指令,1s之内未接收到辅助触头的闭合反馈信号则触发故障保护。辅助触头与主触头具有联动的关系,辅助触头可反馈主触头的动作状态。分析“DCHKDA”故障存在2种故障情况:一种为发出闭合指令后,DCHK接触器主触头真的无法闭合;另一种为发出闭合指令后,DCHK接触器主触头已闭合,但辅助常闭触头反馈异常(反馈未闭合)。根据时序逻辑,过分相时(无网压),辅助电源装置立即封锁整流、逆变脉冲,中间直流环节通过固定放电电阻进行放电,22s时才给出DCHK接触器闭合指令进行快速放电,因此报出“DCHKDA”故障时刻应为无网压后的第23s。若故障为第一种类型,DCHK接触器主触头真实未闭合,则中间电压一直通过固定放电电阻R2进行放电,中间电压Uc[计算公式见式(1)]应控制在604.5V。

式中:Uc为中间直流电压;U0为中间直流电压初始值,取额定电压850V;C为中间支撑电容,t为放电时间。

此时输入电压为0V,可知处于无电区(过分相时);中间直流电压为DC325V(与第一种故障类型分析结果604.5V不符);辅助触头状态反馈信号为高电平“H”,说明故障情况为第二种,DCHK接触器主触头已闭合(进行了快速放电,中间直流电压为DC325V,远小于DC604.5V),但辅助触头反馈状态(DCHKON)异常,应为低电平“L”,而实际却为高电平“H”。

2.2故障定位测试

根据以上分析，重点检测DCHK接触器辅助触点是否异常。对现场返回的四个DCHK接触器故障进行辅助接触电阻测试。由于辅助触点的接触电阻标准值小于100米，其他三个触点的电阻值在标准范围内。

DCHK接触器辅助触点接触电阻测试未发现常见问题，查找故障原因。在实际应用中，故障反复报告。分析结果可能与辅助反馈触点的频繁动作次数和负载量大有关，这可能导致可靠性应用的偶然失效。这只是一个推测性的分析，需要进一步验证。为此，对上述四种故障接触器进行了可靠性试验，研究其在规定的动作次数下能否顺利完成运行。可编程逻辑控制器（PLC）用于控制接触器的吸合、闭合和中断，并监视接触器的状态反馈信号。实际信号检测板用于检测接触器的状态信号。辅助触点的反馈信号被输入，PLC控制器可接受的数字电平从继电器K1转换为PLC控制器可接受的数字电平。通过动作电压指令信号，接触器线圈每循环工作32000次，四个循环工作128000次。在每次动作中，检测所有辅助触点的动作时间，将阈值设置为0.9s，当动作时间超过标准时，动作停止。

3可靠性改进方案

3.1软件故障检测逻辑优化

本文提出的“DCHKDA”故障原因是辅助触点在动态条件下不可靠，错误的信号反馈给控制系统。非DCHK接触器的主触点不能闭合。从而消除了辅助触点反馈误差检测的问题，提高了接触器的可靠性。由于DCHK接触器主触点闭合（快速电阻放电）与主触点闭合（固定电阻放电）相比，中间电压会有很大的不同，因此可以提高中间电压的判断条件。具体的改进逻辑是，当DCHK闭合指令与DCHK辅助触点反馈信号不一致，经过一段时间后中间直流电压仍在500V以上时，无法判断和报告DCHKDA接触器的故障（主控无法关闭NTacts）。经过优化和现场加载，DCHK接触器的失效率降低了95%以上。

3.2硬件优化

同时，对软件故障检测逻辑进行了优化，并在对等基础上开发了接触器。该接触器具有良好的形状接口和性能。重点是改进辅助接触器。静触点易变形，动触点与静触点的接触压力较小，辅助触点的保护罩为非封闭结构（保护等级低）。接触容易被氧化，并被腔内杂质污染。辅助触点采用成熟的元件，具有良好的现场操作性，采用密封保护外壳，保护水平高，具有自洁功能，接触压力高，反馈准确。

4硬件优化可靠性验证

由于DCHK接触器是辅助电源装置的关键部件，如果接触器发生故障，将导致辅助电源装置的停机保护，进而影响动车组的负荷供电。因此，在装载前对改进后的DCHK接触器的可靠性进行验证是非常重要的，这样可以在一定程度上避免因评估失败而引起的整车质量风险。可靠性试验参照行业标准TB/T3219-2010《机车车辆继电器和接触器可靠性试验规则》。试验样品数量为10个接触器。线圈电压、主触点负载和辅助触点负载根据实际工作情况进行设置，线圈通电/断电，监控接触器的动作状态。辅助触点的反馈时间，故障时间的判断和记录。试验结果表明，10个接触器每次动作23万次，在此期间未发生故障。与原产品相比，可靠性大大提高，达到了本标准规定的W级要求，满足了装载产品的可靠性要求。改进后的DCHK接触器通过了10台容量30万公里的接触器的无故障检测，具有大批量加载的条件。

结论

本文首先根据时间序列逻辑和故障数据分析，对接触器故障原因进行初步判断，然后根据可靠性试验，将故障原因定位为动态条件下连接的辅助触点反馈不可靠异常。为此，从软件逻辑和硬件优化两个方面提高了可靠性，并引入可靠性分级试验来评价新研制的接触器是否满足负荷评估的可靠性要求。取得了良好的效果，可为解决接触器故障及负载前风险评估提供参考。

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