DC600V电源装置检修故障分析

DC600V电源装置检修故障分析

杨媛

中车唐山机车车辆有限公司河北省唐山市063000

摘要：为解决逆变电源设备检修后的测试问题，提高和保障逆变电源检修质量，研制了DC600V客车电源模拟负载试验台，可同时为多台电源设备提供加载试验，并且试验台检修作业管理软件界面简洁直观，操作便捷，实时监测电压、电流、功率等关键数据，满足检修后电源设备带载测试的相关试验要求。试验台的开发应用提高了统型逆变电源设备的故障处理效率和成功率，减少返工维修工作量。有利于节约检修成本。本文主要分析DC600V电源装置检修故障。

关键词：逆变电源；模拟负载；自动控制；实时监测

引言

目前，直供电空调客车采用全列贯通DC600V直流供电方式，逆变电源箱和充电器箱作为客车供电系统的核心，实际运行中屡有故障情况发生，致使其无法正常工作，导致客车空调、通风系统、电茶炉等停止工作，造成旅客投诉及退票事件，严重影响了铁路运输企业的良好形象，也给铁路声誉造成了不良影响。如何提高电源设备的故障处理效率和成功率同时又能节约检修成本，成了电源检修工作急需解决的一个课题。

1、DC600V电源装置大修现状分析

在DC600V电源装置统型之前，生产厂家主要有5家，各个厂家的逆变器、充电器结构不同，配件不能互换，质量可靠性差别较大，给现场使用及维修工作带来了诸多不便。由于统型的DC600V电源装置还未大批量进入大修周期，目前，各厂家维修的DC600V电源装置基本都是非统型的。由于受自身检修能力及核心技术等因素的限制，绝大多数主机厂都对DC600V电源装置实施了委外检修。一般情况下，委外检修时不区分5个生产厂家的产品，而是整体打包，各个厂家的产品都有，这就要求承修厂家要掌握各型电源的检修技能，这对委外厂家的检修能力提出了更高的要求。另外，由于5种DC600V电源装置产品存在的差异，检修的侧重点也应不一致，如有的厂家箱体腐蚀严重，大修时需要重点对箱体进行检修；有的厂家电路板故障较多，大修时需要对电路板上的元器件进行更换。这就需要各大修厂家在平时注意数据积累，统计相关产品的故障率，针对故障率较高的部件进行重点攻关，这样既可以减少检修后产品的故障率，降低售后服务费用。同时也可大幅提升大修产品质量的可靠性。

2、列供故障分析

为了避免接触器突投引起的瞬间过压问题，管理柜控制规范中要求在有控制电的情况下实施负载接触器闭合的逻辑。为了保证列供系统安全，当无列车编组的情况下，闭合接触器，完成单路400kW的系统供电。根据救援的模式要求，在DC600V连接器连接完成后，被救援车升弓合主断即可输出DC600V。此时再给救援动力车上控制电时，由于整列的DC600V通过母线已经由被救援车建立了，当管理柜控制系统实施负载接触器闭合指令后，母线的DC600V电压直接给DC600V变流器装置的直流电容充电，导致2组DC600V变流装置均报输出过流故障，管理柜以及司机室显示屏上提示列供输出总过流故障。输出过流故障为可恢复性故障，因无限流电阻，电容上的电压建立时间很短。当充电电阻→0时，充电时间→0，而负载接触器断开的机械时间约为60ms，因此第一次过流故障报出后，其电容的电压已建立;当电容电压建立后，第二次闭合负载接触器后，系统恢复正常。虽然系统闪报故障可以及时解除，但瞬间的大电流冲击对电容、负载接触器的寿命影响很大，极端情况下可能造成电容爆炸等恶劣影响。为了提升列供系统的可靠性，亟需避免该情况下出现的过流故障。另外，一般的安全性设计要求，当列供变流器停止工作一段时间后，控制逻辑要求实施电容的快速放电。在救援模式下，由于列供长期不工作，当实施快速放电指令后，直流电压一直加载在支撑电容上，快速放电失败，此时又触发了放电失败故障。

3、故障定位

参考错误代码，先在电源管理中提供dc110v，然后测量电气元件:a。根据测量主电路的保险。测量主电路上的防眩光二极管是否正常如果指示灯亮起，请观察主控制面板，这意味着电气传感器或电压传感器与电源线d反向连接。测量传感器和电压传感器的驱动电压是否为15V，检查电缆是否正确，或重新测试交流电源线是否已更换。确保GE电缆顺序正确，测量IGBT保护电压(GE端电压)，并确保在每个IGBT中，如果出现故障，更换控制器f。测量IGBT模块的损坏，并测试每一个接点是否正常，如果出现故障，使用通用可变二极管滚轮，您可以替换IGBT中相同类型的接点定义。测量接触线圈(通常是开启的并且经常关闭的接触接头)是否正确h。按下KM201并确保其已锁定至KM203(仅限转换器)，如果出现问题，请更换相应的电气部件；在找到并解决问题后，请按照上述步骤更换相应的控制面板、驱动程序或电源面板，然后重新卸下模块以确定问题是否已完全解决。电源为DC600V(单相反向为DC110V)，电压约为30Vb。手动充电和释放模拟:按下主接触按钮KM201，测量支撑电容器端部的正、负电压，确定零点是否逐渐升高到30V左右，然后释放接触，以查看电压是否逐渐降低到零c。测量输出端的电压输出，如果有输出，确保电路正常D.DC.600V(带DC110V的单相逆变器)运行正常电源实验，并测量输出电压是否在标准e范围内。如果输出仍处于过载状态，请检查箱内LC滤波器电路中的输出电容是否已封装、输出是否已被烧毁，更换相应的故障部件以解决问题。

4、供电电源的设计

4.1三相全桥可控硅整流技术

测试台测试时需为被测试对象提供电源，其输入电源为AC380V，输出电源为DC600V和DC110V。从图可看出，输入AC380V利用三相全桥可控式整流电路，经变压、整流、滤波后，再输出DC600V和DC110V电源，为逆变电源试验提供电源。供电电源的稳定性、品质好坏直接影响测试结果，同时它也是测试台的核心技术。供电电源的主要使用了单片机可控硅触发板，与传统集成电路触发板不同，该板功能多、结构简单、连接方便、快捷等特点，同时具有很好的点脉冲均衡度，抗干扰性强，调试简单（仅需调试过流、过压点）等优点。

4.2供电电源与计算机通讯的设计

测试台使用时，先对其输出电压进行调整（可自动也可手动调节），而调节的频次、幅度直接影响供电电源的品质，如何实现供电电源的自动调节，确保供电电源输出的稳定性，需对供电电源与计算机之间通讯进行设计。测试台供电电源控制模块选用D/A模块，计算机选用微机串行通讯接口RS-485，其具体设计如下：(1))供电电源具有RS-485接口，从供电电源控制模块的插座引出接口，其中“1”对应485+，“3”对应485-。(2)在接口内部，选用R-8022分布式工业控制模块，能控制输出电压。该模块能提供两个独立的电流输出信号通道(0通道和1通道)，用以控制0～750V和0～150V输出电压。调试前，两个通道输出电流为0～20mA，其它设定值均为的默认值。（3）0通道输出电流为0～20mA，对应电压输出为0～750V；1通道输出电流0～20mA，对应电压输出0～150V。

结束语

总的说来，在社会经济加速发展的过程中,旅客供电系统可以充分满足列车对电气设备日益增长的需求,满足列车整体布局的需求,确保更好的经济效益和社会效益。大多数采用静态逆变器供电方式,而DC600V供电系统定义了国内客车的新供电模式,与国际接口,这种供电已符合行业标准,DC600V供电系统和中国客车运行特点的供电方式,具有良好的应用前景。

参考文献：

[1]DC600V直供电旅客列车供断电操作和故障应急处置方法[M].北京:中国铁路总公司,2015.

[2]铁路客车运用维修规程[M].北京:中国铁道出版社,2015.

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