CRH2型動車組牽引變流器運用故障分析

張幼慶 上海鐵路局上海動車客車段

1 CRH2型動車組CI系統原理和主要功能

CRH2型動車組CI系統主電路簡圖見圖1。

圖1 主電路簡圖

CRH2動車組牽引變流器（CI）是4臺牽引電機電源的控制設備，由脈沖整流器、中間直流電路、逆變器、真空交流接觸器等主電路設備和無觸點控制裝置、控制電源等控制電路設備和風機等冷卻裝置構成。

1.1 脈沖整流器

脈沖整流器由單相3級PWM脈沖整流器和交流接觸器K構成，以牽引變壓器牽引側輸出AC1 500 V、50 Hz為輸入。通過無觸點控制裝置的IPM選通控制，實現輸出直流電壓2 600～3 000 V定電壓控制、牽引變壓器原邊側電壓電流功率因數1控制。此外，還可通過無觸點控制裝置實現保護功能。再生制動時功能為逆變換，以濾波電容器輸出DC3 000 V為輸入，向牽引變壓器側輸出AC1 500 V、50 Hz。

交流接觸器K控制輸入側主電路接通、斷開。

1.2 逆變器

逆變器部以濾波電容器電壓為輸入，依據無觸點控制裝置IPM選通控制信號，輸出電壓·頻率可變的3相交流電壓，以控制4臺并聯感應電機的速度·扭矩。再生制動時功能為順變換，以感應電機輸出的3相交流為輸入，向濾波電容器側輸出直流電壓。

感應電機控制選用矢量控制方式，扭矩電流和勵磁電流獨立控制，以提高扭矩控制精度和響應速度、及電流控制性能。電路構成為與脈沖整流器相同的3級構成。

1.3 中間直流電路(濾波電容器)

濾波電容器分割搭載，脈沖整流器電源設備2臺，逆變器電源設備3臺，合計容量8 000 μF。

濾波電容器與預備充電電路相連，起動時通過內置充電電阻的充電變壓器從輔助電路進行初期充電，以防止K接通時產生過大的沖擊電流。

1.4 無觸點控制電路（DCU）

在交流電傳動技術中，傳動控制是其核心技術之一。交流傳動控制系統（或稱傳動控制單元，簡稱DCU（Drive Control Unit））的核心任務是，根據司機指令完成對四象限整流器的實時控制、逆變器暨交流異步牽引電動機的實時控制和粘著控制，同時具備完整的故障保護功能、模塊級的故障自診斷功能和輕微故障的自復位功能。

2 CRH2型動車組CI故障處理實例

自2007年4月18日動車組開行以來，動車組牽引變流器故障時有發生，以下是幾起典型的故障案例及相關處理過程。

2007年8月1日，2032A動車組在自動過分相后，司機提手柄加速時，監控系統報02車牽引變流器故障，故障代碼：005、141，VCB自動斷開。司機按壓操縱臺復位按鈕，但VCB仍舊不能合上。司機操作停車，并通過遠程控制分別把02、03、06車CI全部切除，再逐一遠程恢復03、06車CI。恢復后合VCB成功，繼續運行。運行途中，在02車運行配電盤對變流器進行控制電源復位操作，02車CI恢復正常。

動車組入庫后，對CI數據進行了下載。從下載的故障記錄分析，在02車高速記錄中幾乎同時上報了VDLV1S故障和CNV IPMF0故障。

VDLV1S：由中間直流電壓傳感器（DCPT）檢測到中間直流電壓欠壓。在2 000 V±3%的狀態下報出，在中間直流電壓恢復正常1 s后，自動解除故障狀態。

CNV IPMF0：由IPM單元檢測到半導體元件狀態不一致，16 μs后上報，此故障不能自動復位，需人工斷合100 V控制電源才能進行復位。

從故障曲線上可以看出，VDL1S故障很快就消失了，而對于CNV IPMFO故障，系統是不能自動恢復的，需人工斷合100 V控制電源才能復位，所以故障狀態一直沒有消除（見圖2）。

圖2 故障記錄分析

根據這一案例，我們可以得出以下兩點經驗：

(1)車輛信息控制顯示器已經清楚指出是02車CI故障，在跳VCB且不能通過遠程控制復位恢復的情況下，應立即切除02車CI裝置，再合VCB，用3個動車維持運行。02車CI故障可回庫再做處理。但在實際操作中，在停車復位前，司機未對02車做任何處理，導致CNVIPMFO故障始終沒有消除，所以VCB始終合不上，造成被迫停車。

(2)停車后，應對02車進行斷合100 V控制電方式進行復位，這樣才能消除02車CI故障。但在實際操作中，司乘人員先后對06、03、02車CI進行了遠程復位（不是斷100 V控制電），不僅耽誤了時間，而且遠程切除只能造成02車CI的隔離，使VCB可以閉合，并不能使02車CI投入運行（未達到停車復位的真正意圖）。直到司乘人員在運行過程中對02車CI進行了100 V控制電源復位處理后，02車CI裝置才得以投入運行。

從2007年6月16日起，2026A動車組在運行中多次報07車牽引變流器故障，時速在200 km以上時出現得十分頻繁（故障持續時間只幾秒鐘，但每隔幾秒至幾十秒報一次），且可以自動恢復；時速200 km以下出現較少。故障代碼004。鑒于故障出現頻繁，為保護設備，司機隔離該車牽引變流器運行。

庫內在動車組檢修模式下查出多次牽引變流器RBF故障（牽引變流器再生制動失效），故障代碼029；牽引變流器MDF故障（牽引變流器牽引不動作），故障代碼030（見圖3）。

圖3 CI故障記錄

6月16日，將07車CI無觸點控制裝置內ISO插件、MPU1插件、MPU2插件與06車的對調，動車組上線運行，故障沒有轉移，仍隔離07車運行；6月18日，將07車的CI裝置故障記錄下載下來，經分析在低速記錄及故障履歷中有VDOV1S、VDOD2S、VDTD 等故障的記錄，對調 06、07 車的無觸點控制裝置，動車組上線運行，故障仍發生在07車，切除07車牽引變流器運行；6月20日，對調06、07車CI裝置的DCPT1、DCPT2，動車組上線運行，故障仍未轉移；6月26日，通過現場檢查發現GS1開關未閉合，故障才得以消除。

同年，2024A和2034A動車組在高速運行時07車的CI報中間電壓過高或過低故障，經查均為二級檢修之后，未將接地開關GS1閉合。

3 CRH2型動車組CI故障原因分析及處理辦法

根據動車組牽引變流器故障統計分析，牽引變流器故障的原因主要有兩個：程序出現紊亂或器件故障。以下是一些常見的故障處理方法。

3.1 途中應急故障處理

CRH2型動車組具有較完善的故障診斷、報警和應急處理系統。能對牽引變流器發生的大部分故障進行診斷、記錄和報警，并采取相應的保護措施。發生故障時會有故障顯示、聲音報警、斷開交流接觸器K以及斷主斷路器VCB等現象。對于動車組運行途中牽引變流器故障報警的，一般通過以下步驟予以解決：

(1)按下操縱臺復位Rs按鈕2-3次，進行系統小復位。觀察牽引變流器故障提示畫面，確認牽引變流器故障是否恢復正常。

(2)若未恢復，在故障車運行配電盤先斷開牽引變流器CICN斷路器，2～3 s后重新投入，再次確認牽引變流器故障是否恢復正常。

(3)若采用了上述兩個步驟后還沒有解決問題，在運行途中則只有切除相應的動力單元維持運行，等動車組停車后進行大復位，即斷電降弓后再重新升弓投入主控制器。

3.2 入庫診斷及處理

在途中，若牽引變流器故障無法恢復，一般都是牽引變流器本身的器件或由于本身器件導致其他器件的故障引起的，則只有切除相應的動力單元或牽引變流器維持運行，待回庫后檢修。庫內檢修中，可采用以下方法查找和解決故障：

(1)對故障車輛進行檢查。如檢查車下牽引電機各部狀態是否良好；檢查02車變流器速度傳感器插頭，無斷線及松動；檢查變流器各內部插件板、接觸器配線，確認各部分狀態良好；檢查車上控制柜內牽引變流器控制元件及其配線，確認狀態良好。

(2)直接在車內監控屏打開牽引變流器信息畫面，讀取故障詳情。或是通過IC卡下載車載信息系統的動車運行故障信息，包括故障信息、變流器故障追蹤等相關項目，輸入地面微機進行讀取和分析。

(3)在牽引變流器無觸點控制器內，設定SCP板上開關，通過LED故障查看故障代碼。根據故障代碼可查出引起這類故障的原因，比如器件異常、脈沖發生器異常、充電不良、門極電源異常等，再進行相應的處理。

(4)為分析故障原因，可打開車下牽引變流器底板，找到變流器控制單元，通過SCR板上的插口，通過8芯線與筆記本電腦相連接，使用隨車帶的RFREAD-ER軟件下載有關數據進行分析。

3.3 日常檢修維護

為了防止CRH2型動車組由于牽引變流器冷卻濾網臟堵，通風不良，造成牽引變流器內部溫度高，發生保護動作。在動車組一級檢修中制定了如下預防措施：

(1)增加牽引變流器吸氣口過濾網的清洗更換頻次，由原來的每月一次改為每次一級修時更換；

(2)一級修時認真檢查熱交換器狀態，對表面臟物進行清除；

(3)一級修時對排風口進行檢查，徹底清除異物。

此外，在動車組專項修時，還應對牽引變流器進行檢查和清潔，內容包括：

①認真確認各部外觀狀態良好，懸掛部件安裝狀態良好，固定螺栓防松標記清晰、無松動；

②認真檢查各配線管路無損傷、碰磨、變色，接線緊固；③檢查過程中注意保護光纖線路和各端子，避免磕碰、損壞。

4 結論

動車組開行這幾年來，經過技術人員及機械師的不斷努力，牽引變流器的途中應急故障處理能力和入庫后的故障診斷處理能力已經得到了很大提高。通過CI故障代碼找到起保護點，推斷可能原因并檢查對應部件已成為CI故障診斷的關鍵。如果能夠繼續不斷總結經驗，全面掌握CRH2型動車組牽引變流器故障識別、診斷、處理技術，制訂日常檢修維護方案，就可以在減少動車組牽引變流器故障率的同時提高故障判斷處理的效率，最終達到提高動車組運用質量的目的。