高寒列車全列DC 600 V逆變器、充電機不工作原因分析及對策

牛明浩,張 輝,黃津晶

(1 北京鐵路局 車輛處,北京100038;2 北京鐵路局 動車客車段,北京100039)

2010年9月配屬北京鐵路局的新造25G型高寒客車,自 2010年11月12日投入4487/4488/K589/K590次(石家莊—北京西—重慶)使用以來,多次發生全列客車車下DC 600 V逆變器、充電機過欠電壓保護不能正常工作的問題,嚴重影響列車正常運行。為查找發生問題真正原因,盡快解決此問題。2010年12月1日北京鐵路局車輛處組織客車制造廠、逆變器生產廠對4487/8次列車進行跟車試驗。

1 試驗情況

本次試驗采用專用電壓檢測設備,對機車輸入客車電源品質進行監測,測試點選在9號車廂RW555092電器綜合控制柜I、II路主開關處。4487/8次列車運行期間,牽引機車DC 600 V供電電源工作不穩定,最高電壓達到840 V、最低電壓380 V,不符合TB/T 3063—2002要求,影響客車逆變電源正常工作。此現象發生主要集中在機車供電初期、過分相及機車停止供電30 min以上重新供電時。電壓波形見圖1～圖3。

2 原因分析

導致直供電機車供電系統輸出電壓不穩主要有3方面因素。

2.1 機車供電系統主電路故障或不穩定

圖1 機車供電初期輸出電壓波形圖

圖2 機車過分相時輸出電壓波形圖

圖3 機車停止供電時輸出電壓波形圖

機車供電系統主電路原理見圖4,交流輸入電壓860 V,經真空斷路器13KM與快速熔斷器11FU到單相整流橋與電流傳感器11SC,通過變壓器的濾波電抗器13L和濾波電容器19C輸出直流電壓600 V。當主電路中濾波電抗器13L或濾波電容19C技術狀態不良時,機車供電系統主電路輸出DC 600 V電壓不穩。

2.2 機車供電系統電子電路不穩定

機車供電系統的電子電路原理是給定延時積分環節的預置值與電壓反饋信號比較,進行調節器運算得出晶閘管的觸發角,通過同步處理器與功率放大環節控制晶閘管的觸發脈沖模塊,經隔離處理控制晶閘管的開通。當電子電路出現不穩定狀態時,會導致機車供電系統輸出電壓波動。

圖4 機車供電系統主電路原理圖

2.3 負載投入與機車供電系統不匹配

針對南、北方地域氣候差異、負載不同特點,冗余控制的DC 600 V供電裝置的控制模式分為兩種:冬季控制模式和夏季控制模式,其控制原理分別見圖5、圖6。

針對北方氣溫低,客車使用電阻加熱,以電阻性負載為主,控制模式為冬季控制模式,供電控制系統采取了電壓調節的方式進行控制,即DC 600V給定與檢測出的實際電壓反饋比較,經過電壓調節器得出整流橋的控制值,這樣可使列車供電柜在冬季時DC 600 V輸出保證穩定。

針對南方氣溫高,客車使用空調較多,以電感性負載為主,控制模式設計為夏季控制模式。供電控制系統采取了電壓調節+電流調節的串聯方式進行控制,即DC 600 V給定與檢測出的實際電壓反饋比較,經過電壓調節器、電流調節器后得出整流橋的控制值,這樣可使列車供電柜在夏季時DC 600 V輸出更加穩定。

以北京為界,北京以北地區直供電機車,針對加熱優化,供電系統使用冬季控制模式,北京以南地區直供電機車,針對制冷優化,供電系統使用夏季控制模式,當冬季投入阻性負載功較大而牽引機車供電系統為夏季控制模式,或者夏季投入電感性負載較大而牽引機車供電系統為冬季控制模式時都會導致機車供電系統輸出電壓不穩。

北京鐵路局開行的4487/8次列車,在發生車下逆變器、充電機不啟機問題初期,誤認為機車供電電壓不穩是個別現象。曾與機務部門協調,更換牽引機車2臺,但客車逆變器、充電機過欠壓不啟機問題依舊存在。基本排除上述第1、2種因素導致機車供電系統電壓波動的可能性。

2011年1月北京鐵路局機務處、車輛處組織直供電機車供電裝置生產廠、客車制造廠,在牽引的4487/8次列車SS80118號機車上進行冬季控制模式的技術試驗,試驗結果為全程機車供電系統電壓輸出穩定,全列客車逆變器、充電機均能正常工作。試驗結果表明,北京鐵路局投入使用的4487/8次列車車底為25G型高寒客車,其加熱器功率比普通列車大得多(每輛普通客車客室為12 kW左右,每輛高寒客車客室為23 kW左右),而牽引機車供電系統為夏季控制模式,客車負載與機車供電系統不配,機車供電系統電壓波動較大,超出客車逆變器、充電機正常工作范圍,導致客車逆變器、充電機不能正常工作。

圖5 冬季控制模式示意圖

圖6 夏季控制模式示意圖

3 解決措施

(1)改變機車供電系統控制模式。按照季節氣候特點,調整牽引高寒列車的直供電機車供電系統控制模式,如在冬季北京地區的SS8機車冗余控制列車供電系統的控制模式調整為冬季控制模式,在夏季北京地區的SS8機車冗余控制列車供電系統的控制模式調整為夏季控制模式,保證客車的正常使用。

(2)改變客車負載投入方式。在冬季,北京地區的SS8機車非冗余控制列車供電系統無法調整為冬季控制模式時,機務部門應及時告知車輛部門。車輛部門采取機車供電初期,將列車供電Ⅰ路和Ⅱ路所帶電加熱器,手動調節成“空調半暖”運行模式,減少電熱器負載投入,保證車下逆變器、充電機正常工作。