复兴号动车组牵引变流器故障分析

复兴号动车组牵引变流器故障分析

阳波 冯小杰

中车唐山机车车辆有限公司 河北 唐山 064000

摘要：在动车组的运行过程中，牵引和制动是最重要的两个监控对象，也是对行车安全至关重要的两个关键点。下文重点研究复兴号动车组的牵引故障，并分析解决由牵引问题导致的行车安全隐患。

关键词：复兴号动车组；牵引变流器故障；

前言：牵引变流器是动车组的关键部件，其发生任何故障，都关系到整个动车组的运行安全。本文分析了对牵引变流器故障的排查和分析过程，可为类似问题提供参考。通过对牵引变流器故障进行总结整理、分析，可以时刻保障牵引变流器的良好状态，从而保证整个复兴号动车组的安全性、稳定性。

一、复兴号CR400BF型动车组牵引系统组成

中国标准动车组复兴号动车组采取8辆编组，由2个“二动二拖”的牵引动力单元组成“四动四拖”(4M4T)的结构。1个牵引单元包括1台牵引变压器及冷却单元、2台牵引变流器及其冷却单元、4台牵引电机、2台牵引电机冷却风机。1． 1 牵引变压器。牵引变压器是动车组主要的动力来源之一。复兴号动车组共设置2 台牵引变压器，安装在03 /06 号车，为相邻2 个动力车的2 台牵引变流器分别提供单相交流电源。主变压器单制式的变压器，将25 kV/50Hz 的一次电压降至供4 个牵引绕组使用的1850 V/50 Hz 的二次电压，它的次级绕组为牵引变流器提供电能。采用强迫导向油循环风冷方式，变压器油箱为钢结构。为防止矿物油的热胀冷缩，安装了一个储油柜，储油柜独立于油箱固定在列车的上部。储油柜和油箱是通过管道及连接器连在一起的。

1． 2 牵引变流器。每个动力车( 02 /04 /05 /07 号车) 包含1 台牵引变流器，安装在车下的牵引设备箱中。牵引变流器采用交－ 直－ 交变换，可供本车4 台牵引电机正常运行，并可实现牵引电机的变频调速。此外，牵引变流器通过中间直流环节为辅助变流器提供电源。

1． 3 牵引电机。复兴号动车组共有16 个牵引电机，分别安装在动车2457动力转向架上，每根车轴上各有1个牵引电机。牵引电机采用三相鼠笼式异步电动机，在驱动模式下可将电能转换成机械能，制动时将机械能转换成电能。

二、故障案例分析

1.根据我国现阶段动车组的运行状况，主要介绍动车组牵引变流器的运行故障，在运行的过程中，司机对于复位操作按钮进行多次操作，但没有产生效果，复位失败，到站后，司机对该车进行断电复位，成功恢复了2号车的前沿动力，使动车组运行恢复正常，在后续的运行过程中，2号车多次发生故障，司机采用多次复位的方式没有对障碍进行解除，因此最后选择切除2 号车，维持动车组的全面运行。在动车组运行的过程中，3 号车厢发生牵引变流器故障无法进行自动复位，司机多次进行手动复位无效，继续运行到深圳北站，在停车的状态下司机采取复位措施，但仍无法消除故障，3 号车厢被纳入整修名单之列，需要专业人员进行检查，制订维修措施。

2.原因分析。由于电流传感器U7 线束和高压铜排平行搭接，导致强电磁干扰经传感器线束串入。传感器电源的零和TCU 内部逻辑电路的零为等电位。当少量高频共模干扰噪声串入TCU 时，TCU 可通过滤波电容将其泄放到TCU 机箱外壳。若串入的共模干扰噪声超过滤波电容的泄放能力，则容易导致TCU 内部逻辑电路的电荷积累，当电荷积累到一定程度时将通过泄放通路泄放，产生的干扰导致TX06 板卡( 四象限运算板卡) 电源芯片内部调制失调，直至芯片被击穿，最终导致TCU 内部5 V 电源对地短路，TCU 无法正常工作。辅助逆变器过流牵引变流器发生通讯故障，导致主断路器打开，牵引变流器中间电压不能保持，不能满足辅助变流器运行条件，全列辅助变流器相继停机。同时短路状态下主接触器承受较大电流，且由于TCU 工作异常无法发出分断指令，导致接触器主触点长时通过大电流，最终导致主触点粘连。辅助变流器在输入电压跌至停机阈值前，几乎承担了全列所有交流负载的供电，1 车ACU 过程数据记录显示，1车辅助变流器短时输出电流高达725．8 A，因而触发过流保护停机。然后，列车重新升弓送电，1车辅助变流器正常启动，可以判断辅助变流器硬件正常，后续运行过程中一直保持正常未有故障发生。本次故障为高速运行过程中，主断路器异常断开的非正常工况下，辅助变流器偶发性过流，触发自我保护停机，重新启动后辅助变流器功能正常。导致牵引变流器逆变2 功率模块频繁短路烧损，同时主接触器承受长时大电流，主触头粘连。主断路器异常断开，引起辅助变流器过流，触发辅助变流器自身保护。

三、故障处理措施

（1）脉冲整流器故障处理。动车组进入检查的时，显示屏设置为检修维修模式，通过对故障记录的检查，维修人员发现了牵引变流器存在的故障，同时还存在其他的故障类别代码，006是指牵引变流器的主电路元件保护受到破坏，IPM 检测系统检测到IGBT 元件状态不一致的状况，需要进行端口复位的操作来维持整个电路的正常运转，代码008 指牵引变流器门控电源过低，054 是指前面两期的直流电流发生异常，需要接收复位信号，代码是指牵引变流器的绕的组绕接地装置发生故障，接收复位信号来进行故障修复。在对控制机箱的列车进行故障数据分析，断开接电保护装置拆除501 c 线，用万用表测定接地装置的测表电阻，从电路的检测单元开始进行故障的排查，用万用表测量接地电流传感器的电阻数值，排除接地装置检测单元引起的问题，通过对故障数据的再次分析，可以整合出脉冲整流器模块的逆变模块而发生的问题，对整个模块进行接地作用绝缘检测，查出问题后需要对脉冲整流器模块进行全方位的整合，保证运行状态良好，对于接地故障进行全面的排查，并分析出项目出现故障的原因，由于电压瞬间波动过大，导致了故障的发生，部分电气软件无法接收过大的电能，超出自身的承受范围，发生击穿的现象，从而造成主电路接地故障发生。

（2）充电单元故障。在动车组入库检修的同时，通过对故障记录的查看发现牵引变流器，发生了代码为007、008、014 类型的故障，做空挡检测和启动实验，在更换单元充电器后做实验检测时接触器无法进行吸合。但对接触器进行检查时没有产生卡和现象，由于故障记录中的牵引变流器进行过两次电流测试，出现了充电单元烧毁的现象，因此综合考虑上述问题，对SCP 板和CIF 进行互换，进行空挡实验，对故障进行转移，由此发现故障转移到了3 车厢，因此确定，CIF 板没有启动的原因导致了接触器不吸合故障的发生。对车底的硬件进行检查，查看接触器是否发生卡合现象，在对CIF 板进行更换后再进行高压实验，车恢复正常没有再次发生接地故障，由于CIF板灰尘过厚，导致充电单元内部发生短路，烧毁RS 电阻，在日常运营中，必须要保证电子元器件表面的清洁度，需要定时清理灰尘，避免结扎灰尘对电板造成影响，由于灰尘过厚导致充电单元内部短路烧毁RS 电阻。

综上所述，通过动车组故障类型的分析，结合已经积累的故障处理经验，需要制定应急预案措施。在发生故障时，专业人员能够熟练的判断故障发生的位置，进而进行专业的解决，制定解决方案和解决措施，保证动车组的连续运行，避免故障发生时对列车组运行造成的影响，及时总结问题出现的先兆，定期在组织安全检查工作，对故障源头进行排查，减少故障发生的概率，在减少故障发生的基础上提高动车的运行效率，为我国列车的运行发展做好技术保障。

参考文献：

1.黄采伦,樊小平,陈特放. 列车故障在线诊断技术及应用[M].北京：国防工业出版社,2019.

2.陈特放,钟燕科. 基于小波分析和SVM的主变流器故障诊断[J]. 机车电传动,2019(1).