DC600V旅客列车车下电源单相逆变器滤波电容故障分析及建议

DC600V旅客列车车下电源单相逆变器滤波电容故障分析及建议

陈飞

中国铁路呼和浩特局集团有限公司 包头车辆段 包头乘务车间 ， 内蒙 包头 014000

摘要：文章主要是分析了在DC600V旅客列车车下电源单相逆变器滤波电容的故障原因，在此基础上提出了可行性的解决方案，望能为有关人员提供到一定的帮助和参考。

关键字：旅客列车；车下电源装置；滤波电容；故障

1 前言

当前我国的旅客列车DC600V中的供电系统主要是才用到机车集中整流的方式，由于当前在单向逆变器中滤波电容事故频发，严重威胁到旅客列车的安全看，为此文章对单向逆变器滤波电容中存在故障展开了研究和分析。

2 故障概况

2018年6月3日，z282次列车开往南京站时，rw25t55632次列车风量调节器控制板发热，四节车风量调节器控制开关控制板上的50v47weif电容器爆裂，二极管碳化。碳化后测试得到单相逆变器的输出电压为ac295.7v，超过正常值价值观2013年10月，车辆的总运行时间预计为31182小时，其设置如下跟在后面滤波电容器辅助通道设备于2011年8月生产。拆卸、检查和安装分析车辆的相关设备，9箱风道风量调节器和电机均正常。更换风量调节器和滤波电容器的控制板，测试结果良好。空气量调节器控制开关的控制面板上的1.5k电阻器有热迹线，包括两个1.5k电阻器和一个3k电阻器被烧坏，一个50v47电阻器被烧坏以及电容器被烧坏并破裂。每个盒的插座，端子，外观及绝缘是否正常，气体综合控制柜是否正常，有断路器；车辆下方单相逆变器电源箱中的两个50-f滤波电容器突出，其他部位和接线均正常。单相逆变器的输出电压为262v，频率为14.6khz，远高于正常值频率两个鼓形滤波电容器的电容为0.02f，更换两个新的滤波器后，电压和频率恢复正常，读取CF卡记录，无异常电压记录。在维修部分，进行了车辆故障恢复试验，拆除了输出电源负载线，并安装了两个完整的滤波电容器已经用过了介绍了rw25t55632型车辆单相逆变器的两个滤波电容被替换了输出电压274V，频率1.4khz。结果表明：（1）当负载小于1.6kw时，当单相逆变器的滤波电容器发生故障时，单相逆变器将无法输出正常的电压和频率；（2）当滤波电容器发生故障时，单相逆变器输出电压的谐波会增加；（3）由于单相逆变器输出电压的保护采样为均方根值，因此无法检测到高次谐波，且功耗较低。滤波器输出电压的RMS值会由于过滤器的损坏而变化不大。测得的电容器RMS值为ac226v，单端滤波器损坏导致输出电压谐波增加的问题尚未得到有效解决。

3 滤波电容故障失效模式

统一外部电源后，单相逆变器负责为空气量调节器，乘客室和25t软开关AC插座提供母线室轨枕。但是，单相逆变器无法保护由于滤波电容器损坏而引起的输出过压和过频故障。直流600V，燃烧空气量调节器的控制开关，交流电源和其他潜在的危险插座，用于铁路客车的单相逆变器电容器主要是铝电解电容器。分析了普通铝电解电池的失效模式，包括泄漏，爆炸，碰撞烧伤，断线和电参数降低。

3.1 漏液

铝电解电容器的工作电解质是酸性的。如果电解液溢出，它将污染并腐蚀电容器周围的组件和印刷电路板。同时，由于工作电解质的逐渐干燥，将影响铝电解电容器阳极氧化膜的修复能力。主要原因如下：1.铝电解电容器用橡胶塞密封，导致橡胶老化和开裂；2.机械密封过程中存在问题；3.应当要考虑到泄漏的问题，制造商会在企业标准中规定垂直安装，有些企业采用卧式进行安装。

3.2 爆炸

当漏电流较大的时候电解气的生产速度会加快加速了泄漏时间越长，泄漏越严重错误。错误铝电解电容器外壳内气体越多，温度越高，金属内部和外部的压力差越大套管。如果密封性好，没有防爆措施，气压会上升到一定程度，造成铝电解电容器损坏爆炸。在此外，铝电解电容器是安全的，当发生爆炸时可能会引起爆炸施加过载电压或反向电压。

3.3 击穿

铝电解电容器的击穿是由于阳极氧化膜的击穿，导致电解质与阳极之间的直接接触。由于材料，工艺或环境条件，氧化膜可能会部分损坏。由工作电解质提供的氧离子可在受损部位上重新形成氧化膜，从而填充并修复阳极氧化膜。但是，如果受损零件中有杂质离子或其他缺陷，则应进行修理。此外，电解液的消耗和挥发，工艺缺陷，温度过高，纹波电流过高以及机械应力过高都可能会导致铝电解电容器击穿失败。

3.4 烧毁

铝电解电容器烧毁的原因有：1.铝电解电容器正负极连接不正确；2.电压电阻不足（电压超过铝电解电容器本身的电压电阻）；3.电解铝质量差不合格高温或高温环境下，铝电解电容器可能长时间断开时间到了高压大容量电容器的失效模式很多，过大的机械应力会引起损坏。

3.5 电参数恶化

在使用初期，铝电解电容器的容量将缓慢下降减少使用后期，由于电解液损耗大，溶液浓度高，粘度大，电阻率高，工作电解液的等效串联电阻增大，而铝电解电容器的损耗明显增加，且增加的电解液粘度难以控制完成。联系腐蚀后的铝箔表面有氧化膜，会缩短铝电解电容器极板面积的有效接触时间，造成急剧跌落在电容，这是生命的尽头电容器。铝电解电池在使用电容器时，温度过高，纹波电流过大，会降低电容下降且增加其的损耗。泄漏电流增大会导致铝电解电容器失效，工艺水平低，氧化膜严重损坏，结垢严重，电解液制备不良，原材料纯度低，电解液化学和电化学性能长期稳定，铝箔相对较低纯洁。它会引起泄漏电流增加泄漏量，造成第二部分铝箔锡箔氧化膜分解，造成穿孔，进一步增加泄漏量电流。电流铝箔中的杂质会增加电解电容器的泄漏电流，可以缩短电容器的使用寿命发动机。此外，过电压会增加电解电容器在使用过程中的泄漏电流。

4 逆变器的常见故障原因分析

4.1 0D内部故障

主控板是逆变系统的核心，控制着整个系统的逻辑动作和安全保护系统。根据电压传感器和电流传感器检测到的信号，控制各接触器的动作和产生的电流及脉宽调制脉搏。例如在输入电路中，电压传感器将检测到的输入电压发送到主控制板。当输入电压在500-700V之间，电压低于500V或高于700V时，输入接触器断开，主控板向控制柜发出输入过压或欠压信号，影响主控板可靠性的主要因素是主控板电气元件的性能和内部程序的稳定性，以及反馈和控制回路对系统工作环境的干扰逆变器。还有称为电气转瞬即逝指随机的短期电压和电流浪涌。浪涌浪涌中某些部件的故障率非常高高。为例子，采样板上的驱动芯片max490e和zya25-p通常被拉到正极电源的主控板、驱动板上的a316j等。

4.2 07IGBT故障

主要故障部件是IGBT，它是驱动板和主电路的对应部件电路。电路板级逆变器的核心是由三相桥式逆变电路组成的IGBTs。电容器是用来保护吸收的逆变器.IGBT具有开关频率高、驱动简单、损耗低等优点。它能将600V直流电转换成380V三相三线制正弦交流电。逆变器将保护IGBT电路不受故障影响干扰。根据售后统计，IGBT模块会烧坏，故障率很高。高的主要原因是过电流和持续加热引起的瞬态过热会损坏IGBT模块。一般情况下，流过IGBT的电流大，开关频率高，元件损耗大大的。如果热量没有及时释放，IGBT就会失效，并且燃烧。一些不平的车辆都配备了冷却风扇罩和冷却风扇外电源暖气片散热器散热效果不明显与行驶风速直接相关。

4.3 0E接触器故障

接触器故障的主要原因是线圈烧坏、主触头粘着腐蚀、辅助触头反馈异常。车辆对应的故障码为0e.接触器故障。预充电接触器主触头c195a主要烧蚀，造成严重损坏联系方式组合可能导致160A保险丝熔断，主要原因是输出接触器的3tf49线圈烧蚀，这通常会导致继电器或继电器的MOS主板。如果辅助触点安装不正确，两个线圈将关闭很长时间，然后线圈将过热和燃烧出去。

5 原因分析

车下电源单相逆变器选用的滤波电容器未达到TJ/cl251-2012《铁路客车用DC600V电源装置技术条件》规定的设计寿命（5年）。TJ/cl251-2012规定，当逆变器输出过压或欠压时，应对逆变器进行过压或欠压保护，并停止输出。逆变器应能重新启动。如果硬线有三次故障，三次故障后仍能工作，只能手动恢复，外接电源的单相逆变器不具备此保护功能。当整个逆变器电路的谐波电压值很低或电源电容值非常低时，整个逆变器电路的实际电源电压值会下降，因此，当逆变器滤波电容器的使用寿命较短时超过5年的时间，其内部电容已降至0.02f，无法发挥相应作用，由于其输出电压为295.7v，因此输出频率为14.6khz。此外，单相逆变器没有过电压或过电压频率保护措施，这就容易导致风量调节器的控制开关和控制板烧坏。

6 结语

由上可知，在单向逆变器中应当选用到一些质量高、稳定性强的滤波电容，且在进行专项维系的过程中应当严格依照相关要求执行，检查电容外观的状态，才能够有效确保到电容组件中无漏液、烧损的情况出现。

参考文献：

1. 杨振寰.铁路客车DC600V车下电源逆变器技术现状分析及检修维护[J]. 科技创新与应用, 2020, No.321(29):165-166.

2. 张以帅. DC600V车载电源故障定位与排除[J]. 电子世界, 2020, No.584(02):163-164.

3. 李凤君.滤波组件和电动车逆变器:, 2020.

4. 郝亮, 张心悦.HXD1B型机车控制电源柜内监控模块故障分析及建议[J]. 科学技术创新, 2020(09):55-56.

5. 尹成斌,冯雪姣.单相全桥逆变器建模及复合控制研究[J].机电工程技术, 2020, v.49;No.342(09):86-88.

6. 李凯文, 肖倩, 朱建华,等.电源信号组合滤波器及电子产品:, 2020.