CR400BF动车组高压控制电路分析

CR400BF动车组高压控制电路分析

成晓宇1付云强2李少杰3

（中国中车集团  唐山机车车辆有限公司  国铁服务事业部  河北唐山  063035）

摘要：CR400BF动车组高压系统控制电路主要涉及受电弓、主断路器控制，紧急断电列车线，隔离开关控制，辅助压缩机控制等部分，本文通过对电路图的逐步分析，研究电路的控制原理及安全保护的设计理念，剖析动车组高压供电的整个执行过程。同时引入故障案例，加深对原理知识的运用理解。

关键词：CR400BF动车组   高压系统   控制原理   故障案例

CR400BF动车组采用25KV交流接触网供电，通过受电弓、主断路器、隔离开关，到两个牵引单元的主变压器原边，主变压器副边输出4X1900V AC到牵引变流器。由于网压较高，对高压系统的控制及运用安全性提出了较高要求。动车组通过控制电路对受电弓、主断路器进行控制。当高压设备具备高压供电条件后才允许投入工作；当出现故障或紧急情况时，可以防止意外升弓闭合主断路器，或者在高压供电状态下迅速断主断降弓，从而实现对动车组高压设备的保护。控制电路分析基于电路图=21受电弓和主断控制，分为紧急断电列车线、受电弓、主断路器控制、隔离开关控制、辅助压缩机控制、故障案例分析五部分。

一、紧急断电列车线

1、A钥匙开关

两个头车的21-S05 A钥匙开关、21-K53、3、6车的21-K67被串联到一个环路中，正常时A钥匙开关位于“开”位，两个头车21-K53吸合，紧急断电列车线得电。当任意一个A钥匙开关打到“锁闭”位，两个头车21-K53断开，紧急断电列车线失电，用来禁止升弓和主断操作，当两个头车的A钥匙开关打到“锁闭”位，3、6车的21-K67得电，控制两个车顶隔离开关闭合，配合高压接地开关实现车顶高压设备的接地。

2、紧急断电环路

紧急断电环路包含21-K42、21-K07两个环路继电器，以下情况会导致紧急断电环路继电器断开：①操作任一头车21-S06紧急断电开关；②操作任一头车A钥匙开关；③触发ADD降弓。当21-K42断开，其常开触点断开导致21-K07断开。21-K07断开导致断主断降弓，实现紧急断电功能。当紧急断电环路故障时，可以通过21-S01紧急断电环路故障隔离开关强制吸合21-K07，保证受电弓、主断路器维持工作。

图1：紧急断电环路

二、受电弓、主断路器控制

1、受电弓控制

1.1 正常升降弓

正常情况下，紧急断电环路闭合，受电弓截断塞门正常位，操作21-S02升弓，21-K01吸合，将升弓信号发送给IOM，IOM将信号发送给CCU，CCU接收到升弓信号，控制IOM使21-K05升弓继电器闭合，受电弓控制阀板升弓电磁阀得电实现升弓；操作21-S02降弓，21-K02吸合，将降弓信号发送给IOM，IOM将信号发送给CCU，CCU接收到降弓信号，控制IOM使21-K05升弓继电器断开，受电弓控制阀板释放电磁阀实现降弓。

1.2 ADD降弓

当受电弓碳滑板断裂或供风管路泄露，ADD阀动作排风，ADD压力开关动作，导致21-K83断开，21-K81吸合，21-K10受电弓压力检测继电器B1失电，延时5秒断开，21-K11 ADD降弓继电器吸合5秒，紧急断电环路断开，断主断降弓。

1.3 紧急模式ADD降弓

紧急模式下，当21-K11 ADD降弓继电器吸合时，21-K09紧急模式ADD继电器自保吸合，其常闭触点断开，21-K05升弓继电器断开。

图2：受电弓控制

1.4 紧急模式升降弓

动车组进入紧急模式后，操作21-S02升降弓开关到升弓位，21-K01吸合，其常开触点通过硬线控制21-K73继电器吸合，21-K71自保吸合，使21-K05升弓继电器吸合，实现升弓操作。操作21-S02升降弓开关到降弓位，21-K02吸合，其常开触点通过硬线控制21-K72继电器吸合，其常闭触点断开，使21-K71断开，21-K05断开，实现降弓操作。

图3：受电弓硬线控制

2、主断路器控制

2.1 主断路器使能环路

主断路器闭合，需要主断使能继电器处于吸合状态。主断使能继电器21-K17、21-K18吸合需具备以下条件：①主变压器油压检测正常；②紧急模式ADD没有触发；③TCU使能信号正常。主断使能继电器21-K35吸合需具备以下条件：①主变压器油压检测正常；②紧急模式ADD没有触发；③TCU内Q1、K4接触器处于断开状态。从主断路器使能继电器吸合条件可以看出，使能继电器的断开可以防止主变压器、TCU牵引变流器故障时的误供电。

图4：主断路器使能控制

当主断使能继电器21-K17、21-K18、21-K35吸合或者隔离开关打开时，通过环路控制另一牵引单元主断使能继电器21-K27、21-K28、21-K25吸合。当另一单元主变压器油压故障、TCU故障、紧急模式ADD触发时，禁止主断路器闭合，保护高压设备。

图5：另一单元主断使能继电器

2.2 主断路器闭合继电器

21-K23是主断路器闭合继电器，21-K23吸合后，控制主断电磁阀动作，闭合主断路器。21-K23的控制电路除了包括主断路器使能继电器21-K17、21-K18、21-27、21-K28、21-K35、21-K25常开触点以外，还包括21-K07紧急断电环路激活、21-K05受电弓升弓继电器以及21-K91紧急模式断主断继电器、22-K74紧急模式继电器的常闭触点。如下图所示：

图6：主断路器控制

2.3正常模式主断控制

当紧急断电环路闭合，受电弓升起，动车组不在紧急模式，主断路器使能继电器均吸合，未发生高压控制箱过压过流保护情况下，操作21-S03主断开关“闭合”位，21-K21吸合，将主断路器闭合信号发送给IOM，IOM将信号发送给CCU，CCU接收到闭合信号，控制IOM使21-K23主断闭合继电器吸合，主断电磁阀得电实现主断闭合；操作21-S03主断开关“断开”位，21-K22吸合，将主断路器断开信号发送给IOM，IOM将信号发送给CCU，CCU接收到断开信号，控制IOM使21-K23主断闭合继电器断开，主断电磁阀失电实现主断断开（如图3、图8所示）。当一个牵引单元高压系统出现故障时，也可以通过打开隔离开关，旁路另一单元主断路器使能继电器21-K27、21-K28、21-K25，实现本单元的主断路器正常闭合。

2.4紧急模式主断控制

列车操作进入紧急模式后，22-K74常闭触点断开，之前被旁路的21-K91紧急模式断主断继电器常闭触点被接入21-K23主断闭合继电器的控制电路，将可以实现断主断作用；22-K74常开触点闭合，高压控制箱过压过流保护及IOM对主断路器的控制被旁路，21-K92紧急模式合主断继电器常开触点被接入21-K23主断闭合继电器的控制电路，将可以实现合主断作用，同时21-K23自身常开触点与其并联，实现自保（如图8所示）。

21-K91、21-K92继电器的控制通过贯穿全列的硬线连接，其吸合条件为：①司机室占用；②紧急模式；③操作主断开关。如下图所示：

图7：主断路器硬线控制

三、隔离开关控制

隔离开关主要作用为连接两个牵引单元的高压供电电路，当一个牵引单元发生故障时，可以通过切除隔离开关，隔离故障单元高压系统，同时隔离开关辅助触点将另一单元主断路器使能继电器21-K27、21-K28、21-K25旁路，实现非故障牵引单元的主断路器正常闭合。保证动车组可以维持运行。

隔离开关使能环路中串联主断路器的常闭触点，当任意一个主断路器闭合状态时，21-K74隔离开关使能继电器无法吸合，防止高压供电状态下隔离开关动作，因为隔离开关接触弹簧不支持带电操作，也没有灭弧装置，强行断开会导致损毁。

当在HMI上切除车顶隔离开关或动车组触发保护封锁隔离开关时，CCU发送隔离开关打开指令，通过IOM控制断开电磁阀得电，隔离开关打开；当在HMI上恢复车顶隔离开关或动车组进行高压牵引系统复位解除隔离开关封锁时，CCU发送隔离开关闭合指令，通过IOM控制闭合电磁阀得电，隔离开关闭合。当动车组进入紧急模式时，22-K73吸合，常开触点直接控制隔离开关断开电磁阀得电，车顶隔离开关打开。当A钥匙开关“锁闭”时，21-K67吸合，常开触点直接控制隔离开关闭合电磁阀得电，车顶隔离开关保持闭合状态。

四、辅助压缩机控制

操作司机室升弓按钮，如果升弓气路压力低于550kpa，28-K13闭合，IOM输出控制信号，21-K36闭合，如果辅助压缩机未出现过温故障，则21-K38为吸合状态，最终21-K37吸合，其常开触点控制辅助压缩机启动。21-K36为延时断开继电器，以便控制辅助压缩机工作8分钟后自动停止。防止辅助压缩机长时间运转损坏。此外还可以通过手动操作21-S61辅助压缩机启动按钮强制启动辅助压缩机。

五、故障案例分析

1、故障代码3370：主断使能继电器21-K25故障

故障描述：2019年6月，某CR400BF-A动车组一场待发车，6车报3370:主断使能继电器21-K25故障。

故障分析：查看历史故障，3、6车升弓分别报21-K35、21-K25故障，经检查4车TCU Q1主接触器X1插头的8、9之间常闭触点不导通，导致3车21-k35无法闭合，更换Q1后试验正常。通过对主断路器使能环路的分析，21-K35的控制电路中包含TCU Q1主接触器、K4预充电接触器的状态，本单元21-K35控制另一单元的21-K25，从而实现对全列TCU Q1、K4的监控。对主断路器使能环路的了解有助于该故障的快速处理。

2、故障代码3000：受电弓ADD紧急降弓

故障描述：2020年10月，，某CR400BF-A动车组进站前，3车报3000：受电弓ADD紧急降弓。

故障分析：经检查，判断为3车受电弓碳滑板风管被异物击打漏风，触发ADD紧急降弓阀动作，导致受电弓自动降下。更换碳滑板风管，供电确认受电弓状态正常。通过此故障可以看出，当受电弓碳滑板受到异物击打损坏后，可以立即触发ADD紧急降弓，避免对受电弓及接触网造成更大的破坏，有效保护弓、网的安全。

3、故障代码3360：主断闭合故障

故障描述：2021年5月，某CR400BF-A动车组机师汇报过分相后3车报：主断闭合故障（代码：3360），3车主断未闭合。再次过分相后主断自动闭合正常。指挥机师盯控运行。

故障分析：解析MVB数据分析，在列车给出主断闭合指令后，21-k23接触器未吸合，导致电磁阀无法得电，判断为21-k23接触器故障导致，更换21-k23接触器，供电确认正常。此故障涉及主断路器控制电路，根据上文对该部分电路的详细解析，可以快速生成MVB配置文件，从而确定故障点。

通过以上电路图分析可以看出CR400BF动车组升降弓，闭合断开主断路器主要靠司机手动操作发出请求，具体执行由CCU通过IOM对继电器状态监控并输出控制信号，最后实现正常的高压供电、断电操作。可见数字化控制在CR400BF动车组中应用已经很广泛，非单纯的继电控制系统。但动车组依然保留一些继电器安全环路，比如紧急断电环路、主断路器使能环路等，还设置紧急运行模式，以便于数字控制系统故障、高压系统部件损坏或遇到极端环境时，可以通过硬线控制达到列车保护、紧急运行脱困的目的。说明CR400BF动车组高压系统设计既安全同时数字化程度也很高。这也是高速动车组普遍的发展方向。同时通过故障案例的分析，有助于了解高压控制电路在保护高压设备方面的作用，理清故障处理思路，进而提高动车组运用维护方面的技术水平。

参考文献：

1. TC.时速350KM标准动车组=21_高压控制原理图[DB/DK]. 2014-06

2．TC.TSD048项目01车电路图[DB/DK].2017-04

3．TC.TSD048项目TP03 TP06车电路图[DB/DK].2017-04

4．CR400BF型动车组高压系统相关故障案例

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