9 600 kW大功率交流傳動電力機車調試技術

劉 慧,齊林濤,張如意

(中國北車集團 大連機車車輛有限公司,遼寧大連116022)

機車調試工作是機車生產過程中的一個重要階段,通過調試檢驗機車的各項功能來排除測試過程中出現的故障。HXD3B型電力機車調試試驗包括低壓動作試驗和高壓動作試驗,在調試過程中,采取了規范的操作步驟和試驗方法,制作了專用測試設備保障線路的檢測和功能測試,編制了測試程序提高機車故障排除效率。通過對調試文件中的試驗步驟、試驗方法以及部分故障排除的介紹,闡明在大功率電力機車的調試技術中,線路檢測和功能測試工作同等重要,專用的測試設備和測試程序是機車調試工作的重要保障。

1 低壓動作試驗

低壓動作試驗是指電力機車在無電網區域,采用外部工作電源對各個待測系統進行功能試驗的過程,包括線路檢測和功能測試兩個方面的內容,按照試驗順序分為DC110 V供電回路線路檢測、直接電源供電回路功能測試、機車MITRAC系統線路檢測、微機網絡系統功能確認、輔助系統功能測試、空氣管路系統試驗和高壓系統部件試驗。

1.1 DC110 V供電回路線路檢測

DC110 V供電回路包括直接電源供電回路和間接電源供電回路。直接電源供電回路主要包括機車的照明系統及不受微機系統控制的負載,采用只通過自動開關直接驅動形式的回路,包括蓄電池充電回路、應急燈電源回路及外充電回路。間接電源供電回路包括機車的各類控制系統,如高壓柜、變流柜、輔助濾波柜、微機柜、制動系統、司機室、輔助電器柜及ATP行車安全系統等,即通過控制電器用接觸器KM1間接向機車控制系統供電(司機電鑰匙SA51或SA52從“0”位轉換至“1”位或“2”位時,KM1才能閉合)。

這部分試驗目的是檢測各個設備的控制電源線路,防止錯誤接線導致的設備損壞。

1.2 直接電源供電回路功能測試

直接電源供電回路功能測試包括控制電器回路、輔助設備回路、司機室燈、走廊燈、記點燈、DC110V 充電插座、前照燈試驗、儀表燈和車底燈試驗、應急燈試驗和CIR綜合通訊系統的通電確認試驗。該項試驗主要檢測各項基本功能,檢測控制電氣回路基本的邏輯控制功能,輔助壓縮機的啟動,刮雨器、遮陽簾、冰箱和各種照明燈等的狀態。

1.3 機車MIT RAC系統線路檢測

MIT RAC系統包括和涉及到各種光纜、MVB網絡系統的MVB終端的連接及其通訊狀態、Ethernet回路、WTB網絡回路及重聯電纜、行車安全系統及CCBⅡ制動系統LON網絡和空調機組RS485總線。

對于采用光纜連接的由TCMS柜去往各臺柜之間的MVB網絡總線,首先對MVB光纜的布線走向和連接狀態進行確認,然后采用光纜衰減測量儀(該測量儀有一個發射裝置和一個接受裝置,測量時從發射端發出光源,從接收端讀數)測量每一個光纜的衰減量,其允許的衰減值≤20 dB,并通過各部分 TCMS上的故障指示燈、電源指示燈和狀態指示燈的狀態,判斷通訊的正常和連接的正確,確保MVB網絡通訊的要求。

1.4 微機網絡系統功能測試

微機網絡系統功能包括MIT RAC系列設備的Ethernet地址確認及軟件安裝、微機網絡系統通信確認、微機網絡系統輸入輸出信號的確認、機車輔照燈和標志燈的控制、機車輪徑的設定和機車牽引制動控制模擬試驗。

1.4.1 模塊地址定義

使用專用的12XX20連接線與安裝有MAPP-Tool軟件的筆記本電腦連接,對TCMS柜中的機車控制單元VCU1和VCU2以及3組變流柜上的MOBAD模塊,機車網關GW1和GW2的12SX02模塊進行車號和地址定義。

1.4.2 機車程序安裝

MTVD軟件是機車程序安裝軟件,程序安裝過程包括連接狀態檢測和程序安裝,采用Ethernet/M12轉換線實現機車與電腦的連接。

1.4.3 基本故障排除方法

在安裝程序過程中確保筆記本電腦和微機系統電源的可靠穩定,避免突然斷電對系統造成損害,程序安裝結束后對于出現的故障按照通訊基本故障判斷方法進行排除。

(1)觀察機車顯示屏、過程數據、網絡控制界面。

圖1 控制界面

(2)通過機車顯示屏的數據和顏色狀態,判斷故障現象。圖1表明司機室1(PDA1)的DDIO模塊、機車的網關GW2、機車的兩組空調(HVAC1、HVAC2)出現通訊問題。

(3)按照網絡原理圖檢測出現問題設備的光纜連接狀態,并檢查模塊運行狀態。

模塊狀態判斷方法:①黃燈慢閃 0.5 Hz,表明MVB通訊正常。

②黃燈快閃4 Hz,表明MVB通訊不正常。

③黃燈,紅燈雙閃,然后熄滅2 s,表明模塊地址設定錯誤。

④紅燈慢閃0.5 Hz,表明處于受限狀態。

⑤紅燈快閃4 Hz,表明處于保護切除狀態。

⑥綠燈常亮,表明電源正常。

(4)重新安裝機車程序,更換損壞的模塊或設備。

若接線和模塊狀態正常,可以使用MTVD軟件對該部分程序重新下載,重復上述操作過程,仍不能排除故障時更換模塊或設備。

1.5 輔助系統功能測試

輔助系統功能測試包括DC110 V充電器、空氣壓縮機、主變壓器油泵、機械間風機、變流柜水泵、變流柜風機、牽引風機、冷卻塔風機、輔助加熱回路的設備和輔助壓縮機等。在進行各項輔助設備的功能測試時,先確認各個電機的接線,然后進行基本功能測試。

通過庫用插頭工裝將外部AC380 V/50 Hz電源送入機車,在機車上裝有一個相序監視器,相序監視器確認外部電源相序正確后,庫內電源接觸器KM10才能閉合,經庫內電源轉換開關SA1和KM10與輔助電源3回路連通;使用相序檢測儀對每個電機的電源電壓相序進行檢測,確認機車上各電機接線的相序正確性。

分別接通各電機回路的斷路器或操作開關,在機車顯示屏界面和電機位置同時確認各電機能夠正常啟動且旋向正確。

通過此項試驗確認了電機接線正確性以及各電機在安裝過程中可能出現的問題,避免在高壓試驗時發生接線錯誤和電機質量問題造成的故障。部分試驗在低壓動作試驗只進行基本功能測試,其余試驗將在高壓試驗時進行,例如,充電器的輸入電源采用兩種供電方式:機車在網下正常運行時,由輔助電源3提供定頻定壓的AC460 V/60 Hz三相交流電源;機車在庫內試驗時,由庫用電源提供AC380 V/50 Hz的三相交流電源,對于充電器而言,只要輸入電源達到其所要求的最低值,并在控制電源及啟動指令具備的條件下,電源模塊將自動啟動,實現對蓄電池的充電。

1.6 空氣管路系統

空氣管路系統試驗是機車制動系統試驗中的一部分,主要包括輔助壓縮機試驗、隔離開關動作試驗、主斷控制風壓試驗、空氣壓縮機、總風安全閥試驗和彈簧停車裝置等試驗。此處試驗只包含了制動系統與電氣系統關聯的一些試驗,制動系統試驗要求按照CCBⅡ制動系統試驗技術要求和試驗規范進行操作。

1.7 高壓系統部件功能測試

高壓系統部件功能測試包括機車安全鑰匙箱互鎖試驗、受電弓試驗、主斷路器試驗和庫內動車試驗。該項試驗為了確保調試人員在高壓試驗時的人身安全,檢驗一些只能在低壓試驗時進行的功能測試,是機車進行高壓試驗前的最后一道工序。

機車安全鑰匙箱互鎖試驗是為了保護操作人員的安全而增設的保護措施;受電弓試驗包括受電弓預選及升降試驗、受電弓靜態壓力測試和受電弓升降弓時間測試;主斷路器試驗是庫內仿真試驗,采用的電壓信號是微機模擬信號;庫內動車試驗是將外部庫用電源AC380 V/50 Hz送入機車內,通過對變流器3進行預充電實現機車的庫內動車。

2 高壓動作試驗

高壓動作試驗是在接觸電網下對各種電氣設備進行啟動和運用,并測試其各項保護功能的過程。按照試驗目的將各項試驗分類,包括輔助系統試驗,保護、隔離及冗余功能測試試驗,其他功能試驗等。這項試驗是廠內試驗的最后一部分,在前期組裝和試驗過程中隱藏的問題會在此項試驗中完全暴露出來,為了提高測試能力和故障查找效率,編制了機車測試程序。

2.1 輔助系統測試

輔助系統試驗包括輔助變流器運行試驗、DC110 V充電器轉換試驗、低速牽引制動特性控制試驗、壓縮機運轉試驗、低風壓保護試驗、動力切除保護試驗、弓網隔離保護試驗。

這些試驗操作比較簡單,只需按照工藝文件的要求進行操作即可,故障排查是這部分試驗的關鍵,主要采用DCUTerm等軟件對機車的信號進行檢測,判斷并排除故障。以一個故障實例進行說明在機車加載大功率時出現主變壓器接地故障。

(1)故障現象。在進行輔助試驗中變流器加載試驗時,主變壓器出現接地故障。

(2)故障分析。通過電氣原理圖進行分析,能夠造成主變壓器接地的原因有兩點:主變壓器接地;監測網側的電壓和電流信號出現問題(從電流傳感器 TA1,TA2去往變流器CON1,CON2的電流信號;從電壓傳感器TV1,TV2,TV3去往模擬量檢測保護模塊AMP1,AMP2的電壓信號),見圖2。

圖2 主電路部分原理圖

(3)故障確認。對主變壓器回路進行檢測,未發現接地故障現象。檢測網側電壓和電流的接線,全部接線正確無誤,未發現故障點,且過程數據、驅動界面中網壓和網流值正確無誤。通過DCUTerm軟件分析網流和網壓信號波形,發現變流器2的網流信號波形比其他兩組變流器的波動大,查找此信號的線路,確認了變流器2通往高壓柜內模塊AMP2的插頭和插座的屏蔽線未處理好。

(4)故障排除及結論。將屏蔽層進行處理后,重新觀察此時的網流和網壓信號波形,波形都恢復正常,此時進行變流器加載試驗,未出現變壓器接地故障,故障排除。

由于驅動界面的網壓和網流值采用3組變流器(CON1,CON2,CON3)的網壓網流值中最低的一個值,當只有1組變流器的電流電壓值超出正常值時,在此界面下顯示的是其他兩組變流器的電壓電流值,導致在此界面下無法觀察出故障現象。

2.2 保護、隔離及冗余功能測試

保護、隔離及冗余功能試驗包括機車接地保護試驗、輔機隔離試驗、模擬司機控制器電位器故障試驗、壓縮機保護動作試驗等。這些試驗需要人為增設故障點,模擬機車故障狀態,驗證機車的保護和冗余功能。機車接地試驗是通過短路線將機車主、輔、控回路分別接地,確認機車顯示屏能夠報出對應的接地故障并做出相應的保護,同時不影響機車的正常運行。輔機隔離試驗是將輔助回路下的各個電機或風機的自動開關人為斷開,微機顯示屏將出現對應的故障信息提示,自動切換其他的設備工作并做出相應的功率輸出。模擬司機控制器電位器故障試驗是拆除操縱端司機控制器的級位模擬輸入信號線,然后實施機車低速動車試驗,確認機車仍可繼續運行,確認當司機控制器的電位器故障時,司機控制器可執行備份信號操作模式,調速手柄可實現0,2,4,6,8,12幾個檔位的有級調節,滿足機車的冗余控制。

壓縮機保護動作試驗是拆除輸入信號線,微機顯示屏上會有相應的故障信息提示,確認對應的輸出單元不能工作。

2.3 其他功能測試

其他功能試驗包括DSD無人警惕功能試驗、機車定速控制試驗、機車過分相功能測試試驗、機車備用制動模式功能試驗、停車位置功能試驗、輪緣潤滑裝置功能檢測試驗、壓縮機控制試驗、機械間風機模式轉換試驗。這些試驗為新增設的功能或需要在特定條件下才能進行的試驗。

2.4 測試程序和故障處理

HXD3B型電力機車在調試過程中檢測的信號較多,部分信號在檢測過程中不易斷開連接只檢測單一信號,要檢測的線路多,消耗的工時長,容易造成部分信號漏檢。而且在調試過程中出現了一些采用常規調試方法不能發現和解決的故障現象,為了準確快速的查找故障,編制了一個機車測試程序,該程序可以檢測原理圖上所有與微機有關的外部控制信號,在故障判斷時可以快速找到故障點,減少故障查找時間,通過使用DCUTerm軟件對關鍵信號進行檢測,提高了故障查找和調試能力。

2.4.1 基本操作命令

測試程序中常用的命令有:

快速記錄啟動和停止命令FLS;增設或移除快速記錄信號FLC;建立目錄名稱GRP;設立命令信號提示信息INF;創建可執行命令組BTN;創建可執行命令行BT L。

2.4.2 測試程序

HXD3B型電力機車測試程序界面,B圖標是可執行的命令,雙擊運行。

部分程序如下:

2.4.3 基本操作方法

(1)變流柜風機試驗

KM24是變流柜風機1接觸器,相關的電氣原理圖如圖3所示,在接通電源并給出動作指令后仍不工作。由于在低壓試驗時已經確認過線路的正確性,此處出現故障可能是接線松動、自動開關斷開、電機或模塊損壞造成的。常規的故障排除方式要檢查外部的線路(包括去往微機、接觸器、斷路器和風機的線路)是否接觸良好,然后確認自動開關的狀態,再檢測模塊和風機,工作量較大。

圖3 電氣原理圖

信號信息界面見圖4,4條信號分別是變流柜1的風機和水泵波形信號,原理圖和波形圖中 ADC11_XVV_CCv1Vent即變流柜風機1的輸入輸出的波形,下面8條分別對應著變流柜2和3的風機和水泵波形信號。

圖4 DCU Term軟件下的變流柜風機和水泵信號

通過圖4波形,可以判斷出在微機輸入端沒有信號輸入,而且兩組波形同時沒有高電平,表明出現問題的線路在KM24常開點的前面,因此判斷電源信號未接入或斷路器QA24未閉合。如果按照原理圖和調試基本步驟,要檢查至少多條線路接線及繼電器KM24的質量,而按照調試程序進行試驗時,只需要觀察輸入和輸出信號即可準確判斷故障點的位置,并可同時觀察3組變流柜風機、水泵和冗余部分的信號,極大的提高了工作效率。

3 結束語

在大功率交流傳動電力機車調試過程中,重點加強了線路檢測方面的設備和技術能力,嚴格按照調試工藝文件進行功能測試工作,降低了功能測試過程中的故障率。