动车组牵引变流器典型故障分析

动车组牵引变流器典型故障分析

张建伟

中车唐山机车车辆有限公司

摘要：牵引变流器是牵引供电系统的核心，为了保证动车组的安全运营，提高牵引供电系统的可靠性，必须及时、正确地处理各种故障，以缩短停电时间。本文详细分析了动车组牵引变流器常见设备故障及处理。

关键词：动车组；牵引变流器；典型故障

动车组牵引变流器是牵引供电系统的可靠动力，牵引变流器一旦发生故障，将导致行车中断，无法保障其安全、准时运行。因此，提高牵引变流器供电故障处理效率、缩短故障停电时间对动车组运营具有重要意义。

一、牵引变流器

动车组上每一个非动力转向架的牵引设备箱中都分布一台牵引变流器，采用交流—直流—交流变换的方式，可供所在车辆的牵引电机使用，确保牵引电机的正常工作，满足牵引电机的变频调速。与此同时牵引变流器可以通过直流环节向变流器提供电源。

二、故障处理的一般原则
故障处理应遵循“先通后复”的原则，由于牵引变流器开关和主变压器大多采用两回路供电方式，一路主供，另一路为热备用，如果发生故障，为了缩短停电时间，首先考虑将备用设备投入运行，尽量以最快的速度先行送电，然后再修复或更换故障设备，恢复正常运行状态。故障处理需由经验丰富的领工员、所长或当班值组长担任总指挥，制定也相应的措施，其余当班人员作为组员服从指挥。在事故处理过程中，应与上级调度保持密切联系，随时执行调度命令，并按有关规定正确处理。
三、动车组牵引系统的典型故障

（一）牵引变流器故障

当司机驾驶室的显示屏显示牵引变流器出现通信故障、辅助逆变器出现过流故障。检查人员采取开始紧急处理措施。TCU电源指示灯出现异常，TCU未正常启动，可初步判断是TCU处于死机状态，导致MVB数据无法刷新，报牵引变流器通信故障。牵引变流器故障排查，对TCU输入的110V电源连接器进行检查，确认插针、连接器、线束是否接触良好；在110V电压下检查5V电源指示灯，判断其是否正常工作，指示灯闪烁证明是异常状态。对5V电源供电的板卡依次进行排查，发现TX06板卡拔除后5V电源指示灯恢复正常，故判定TX06为故障板卡。检查TX06（四象限运算板卡）板卡，表面无明显异常。用万用表测试TX06板卡电源芯片，发现5V转1.5V电源芯片烧损，造成5V电源对地短路。当某一路5V电源发生短路故障时，将导致TCU的CPU板卡、运算板卡、通讯板卡等功能板卡停止工作。更换TX06板卡（四象限运算板卡），接通控制电，TCU可正常启动，所有板卡工作正常，排除因“主控板卡故障”引起TCU死机的可能性。对5V电源短路故障排查分析，检查与TCU相关板卡连接的线束，对连接器和插针状态、线束走形状态进行逐一排查。排查结果，TCU电源板卡TX01、传感器信号采样板卡TX07/TX08/TX10线束排查结果：连接器状态良好，插针无缩针，线束无破损。电压传感器排查结果：连接器状态良好，插针无缩针，线束无破损，与高压线隔离距离足够。逐项排查发现问题一项：电流传感器U7线束与高压铜排搭接。原因分析，逆变功率模块烧损、主接触器粘连的故障分析。对故障功率模块的IGBT进行测试，发现V相上下桥臂IGBT均烧损，应为桥臂直通短路所造成。主接触器主触点粘连，符合系统短路大电流通过的特征。若TCU工作正常，功率模块短路时，会给TCU发送反馈保护信号，TCU检测到反馈保护信号后，会立即封锁脉冲。但若TCU在不受控状态下持续误发脉冲，将导致IGBT因频繁短路而烧损。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间通过大电流，最终导致主触点粘连。辅助逆变器过流牵引变流器发生通信故障。由于牵引变流器发生通信故障导致主断路器打开，牵引变流器的电压无法持续保持，故无法满足辅助逆变器的运行条件，导致全列车的辅助变流器瘫痪。将列车重新升弓送电，辅助变流器正常运行，初步判断辅助变流器硬件正常。通过以上分析可以得出故障列车在高速运行过程中，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。

（二）动车组牵引变流器传输不良故障分析和应急处理

图1：牵引变流器传输不良故障

1.牵引变流器传输不良故障分析

由图1可以发现，发生故障的车为2号车，2号车的车辆信息控制终端装置与牵引变流器控制用计算机之间的光缆连接线变为了红色，说明2号车的车辆信息控制终端装置与牵引变流器控制用计算机之间的光缆连接出现了故障。

1.1列车牵引运行时，牵引变流器传输不良故障现象

列车牵引运行时，由司机操作司机控制器（主控制器MC、方向手柄等）发出的方向指令、牵引指令、牵引级位指令等信号无法到达CI计算机，因此，发生故障的动车无法牵引，损失1/6的牵引动力。

1.2列车制动运行时，牵引变流器传输不良故障现象

列车制动运行时，由司机控制器（制动设定器手柄、方向手柄等）或ATP装置发出的方向指令、电制动指令等信号无法到达CI计算机。由于发生故障的2号动车的车辆信息控制终端装置与BCU计算机之间的光缆连接为正常，因此，制动级位指令信号可以传递到BCU计算机，BCU计算机优先分配给CI计算机的再生制动信号无法执行，但BCU计算机二次分配的空气制动指令仍然可以完成。由此可知，制动运行时，发生故障的动车无法再生制动，空气制动不受影响。综合考虑，即使不进行故障处理，列车可以继续运行。

2.牵引变流器传输不良故障应急处理步骤

2.1司机发现并确认故障

当司机室中MON触摸屏主菜单页面闪现“故障发生信息”提示，并伴有蜂鸣器声音报警时，说明动车组发生了故障。此时，司机触按MON触摸屏主菜单页面左下方【故障详情】键，确认故障情况，并通知随车机械师。

2.2司机切换至“牵引变流器传输不良（002）”故障信息页面

司机在MON触摸屏上页面切换至“牵引变流器传输不良（002）”故障信息页面，根据页面提示按步骤进行故障应急处理。

2.3司机确认故障车位置及故障原因

司机操作MON触摸屏，页面切换至“光传输状态”页面，确认故障车位置，见图1。可以看出，故障发生在2号车，2号车的车辆信息控制终端装置与牵引变流器控制用计算机之间的光缆连接线变为了红色，说明2号车的车辆信息控制终端装置与牵引变流器控制用计算机之间的光缆连接出现了故障。

2.4司机远程切除相应M车

司机操作MON触摸屏，页面切换至“远程控制切除”页面，单元选择【1U】键，再选择【有变压器M车切除】，最后按下【设定】键，即：【单元】+【对应设备】+【设定】。完成远程切除相应M车（2号车）后。司机操作MON触摸屏，页面切换至“切除状态”页面，确认对应设备的切除/复位状态。若2车没有作动车切除，下一步中随车机械师断开【牵引变流器1】断路器，牵引变流器控制用计算机将失去电源，牵引变流器控制用计算机中的CIFR1将失电，将会失去合闸的条件，从而导致VCB分闸，损失1/3的动力。因此，2车先作动车切除，CORR将处于得电状态，CORR常开触头可以短接CIFR1常开触头，以避免VCB分闸。司机确认M车（2号车）处于切除状态后，将远程切除相应M车的结果通知随车机械师。

2.5随车机械师重启牵引变流器控制用计算机

随车机械师根据司机的通知，立即到2号车将该车配电盘中的【牵引变流器1】断路器断开15s，然后再投入，重启牵引变流器控制用计算机，利用计算机重启初始化使网络通信正常。随车机械师处理完毕后，将操作结果通知司机。

2.6司机根据故障恢复情况，决定正常运行或维持运行

司机操作MON触摸屏，页面切换至“光传输状态”页面，确认故障恢复情况。若故障消除，即图1中2号车的车辆信息控制终端装置与牵引变流器控制用计算机之间的光缆连接线变为了绿色，说明2号车的车辆信息控制终端装置与牵引变流器控制用计算机之间的光缆连接已经恢复正常。司机操作MON触摸屏，页面切换至“远程控制切除”页面，单元选择【1U】键，再选择【M车切除复位】，最后按下【设定】键，即：【单元】+【对应设备】+【设定】。远程复位M车后，列车正常运行。若故障未消除，即图1中2号车的车辆信息控制终端装置与牵引变流器控制用计算机之间的光缆连接线任然为红色，说明2号车的车辆信息控制终端装置与牵引变流器控制用计算机之间的光缆连接任然故障。远程切除该M车，维持运行。

四、结语
综上所述，随着我国动车组的快速发展，对牵引供电系统提出了更高的要求。如何提高动车组牵引供电系统的可靠性，以保证动车组供电质量，从而确保其安全、准点运行，已成为动车组供电工作者迫切需解决的问题。

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