大秦線重載HXD1機車牽引控制單元TCU插件故障原因分析及對策措施

賈雄

摘 要：針對我段配屬的HXD1機車在大秦線6年來的現場運用情況，收集整理了牽引控制單元TCU的故障種類，為解決XHD1型機車牽引控制方面故障而引起降功率運行的問題，從牽引控制單元TCU工作原理及控制機理入手，分析了XHD1型機車牽引控制單元TCU的故障原因，提出了相應的對策措施，并取得了良好效果，有效地提高了XHD1型機車的運行效率。

關鍵詞：HXD1電力機車；牽引控制單元；插件故障；對策措施

中圖分類號：U266.2 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.12.058

1 問題的提出

大秦線先后配屬了250臺HXD1型機車。在近幾年的運用時間里，機車上的牽引控制單元TCU表現出了各種故障類型和質量隱患，對大秦線重載列車的生產產生了嚴重的影響，給機車的安全運行帶來了較大的威脅。以下對我段HXD1型機車近幾年來牽引控制單元TCU插件故障情況進行分析。

2 牽引控制單元TCU基本原理

牽引控制單元 TCU是由西門子鐵路自動化系統SIBAS32模塊化邏輯控制系統微處理器控制單元組成。HXD1機車分A，B兩節，每節車有一臺主逆柜，有兩組完全獨立的TCU及由TCU控制的牽引變流器和交流牽引電機。當其中一組TCU或由TCU控制的牽引變流器、牽引電機故障時，可將其切除，以免影響另外一組TCU的正常運行。TCU主要由CPU處理器和4QS信號處理單元、PWI信號處理單元、AUX處理單元子系統組成，主要功能有實現機車牽引力（再生制動力）的閉環控制，可變網絡的開環控制（例如功率因素控制），牽引變流器中間直流電壓的閉環控制，牽引變流器IGBT模塊控制信號（觸發脈沖）生成，開關器件的觸發，牽引變流器、牽引電機、其他牽引器件的監控，防滑及防空轉控制以及提供牽引相關的故障診斷數據。

3 常見故障現象、原因分析及對策

3.1 TCU單元電源插件C091故障

3.1.1 機車故障現象

如圖1所示，機車高壓試驗中出現主逆1、主逆2鎖定，系統產生高壓開關禁止，斷電重啟無效。

3.1.2 機車檢查情況

圖1 機車故障現象

使用電腦清除保護后，主逆1鎖定故障仍然存在，主逆2鎖定故障消失，分析數據記錄當時TCU1的4QC、PWI、AUX都出現故障代碼10，說明逆變器控制單元，硬件故障。主逆TCU插件的3個部分均出現錯誤，說明是公用部分發生故障，檢查TCU1各插件發現C091電源插件顯示燈不亮，對調C091電源插件后故障轉移，說明該插件故障。

故障數據及代碼：4QC、PWI、AUX輔助逆變器都報代碼10，如表1所示。

表1 故障數據及代碼

TCU 1 DSP 4QC 2 數據記錄存儲

TCU 1 DSP 4QC 10 逆變器控制單元：硬件故障

TCU 1 DSP 輔助逆變器 138 硬件短路裝置故障

TCU 1 DSP 輔助逆變器 10 逆變器控制單元：硬件故障

TCU 1 DSP PWI 117 冷卻劑壓力測量值錯誤

TCU 1 DSP PWI 139 短路回路裝置故障

TCU 1 DSP PWI 10 逆變器控制單元：硬件故障

TCU 1 CPU 診斷 3781 組合分離或要求查錯從 AUX INV1

3.1.3 原因分析

C091插件為TCU提供24 V電源，該插件故障后，TCU的各插件將無法正常工作，當主逆1由于該故障鎖定后，主逆2開始重新配置成為主TCU，在重新配置的過程中軟件發生問題，沒有正常配置成功，造成主逆1、2全部切除，引起高壓開關禁止，同時，此類故障斷合蓄電池無效，必須使用電腦清除TCU保護。

3.1.4 對策措施

針對該插件故障，可從以下幾個方面著手解決：①根據機車數據分析結果，檢查TCU各插件插頭緊固狀態，然后松開插頭檢查插針插芯狀態，看插針插芯是否縮針，如果各部分無異常，則需要更換TCU1的C091電源插件；②定期檢查TCU各插件插頭的緊固狀態，機車季檢時打開TCU柜門，檢查TCU各插件插頭緊固狀態，保證各部分緊固，檢查TCU的C091電源插件及其他插件顯示燈是否點亮正常；③配合廠家升級機車TCU牽引控制單元程序，使模塊處于最佳工作狀態。

3.2 TCU單元插件插頭內部跳線接觸不良故障

3.2.1 機車故障現象

機車運行中出現主斷跳閘現象，故障顯示：主逆封鎖，TCU閃紅。

3.2.2 機車檢查情況

如表2下載數據顯示，4QC、PWI、AUX輔助逆變器報代碼63，監控插頭檢測到錯誤，由此判斷是TCU的插件插頭內部跳線接觸不良造成故障，如圖2所示。

表2 故障數據及代碼

TCU 2 DSP輔助逆變器 63 監控插頭檢測到錯誤

TCU 1 CPU診斷 3983 TUC2斷開主斷路器

圖2 TCU的插件插頭內部跳線接觸不良

3.2.3 原因分析

如果TCU單元插件的插頭內部短接線接觸不良，這樣很容易造成部分信號丟失，就會引起主逆切除。如果4QC、PWI、AUX輔助逆變器報代碼63，則必須檢查TCU單元G011插件X3插頭內部的z2-b2點、G011插件X4插頭內部的z2-b2點、G019插件X3插頭內部的z2-b2點、G019 插件X4插頭內部的z2-b2點、G051插件X3插頭內部的 z2-b2點、G051插件X4插頭內部的z2-b2點、L095 插件插頭內部的b4-b6點、L103插件插頭內部的b4-b6點、L119插件插頭內部的b4-b6點、L135 插件插頭內部的b2-z2點和L143插件插頭內部的z4-z6點內部跳線狀態。

3.2.4 對策措施

針對TCU的插件插頭內部跳線接觸不良造成的故障，可從以下幾個方面著手解決：①根據數據分析結果，檢查TCU各插件上部插頭內跳線狀態，更換TCU單元對應插件上部插頭內部跳線。②定期檢查TCU各插件上部插頭內跳線狀態。結合各級修程下載機車數據，由專業技術員分析是否有相關故障。如果有相關故障，則需檢查TCU單元插件上部插頭內部跳線狀態，必要時要更換處理。③結合各級修程清潔TCU各插件，并檢查TCU風扇工作狀態正常。

3.3 TCU單元G151插件故障

3.3.1 機車故障現象

機車正常運行，過分相后出現主逆2切除、主斷跳閘，乘務員停車后重新斷合低壓柜上TCU自動開關后故障消除。

3.3.2 機車檢查情況

機車回段后試驗正常。如下載數據表3所示，數據記錄當時故障代碼3516，說明HDWO：BOCD3故障（-A100-G151）；同時跟隨故障代碼47，IGBT電源故障；故障代碼3622，說明輔助逆變器接觸器故障。由于主逆幾個部分均出現錯誤，說明是公用部分短時發生故障引起，因此判斷是TCU的G151插件故障，故障部件如圖3所示。

表3 故障數據及代碼

TCU 1 CPU 診斷 3983 TCU2斷開主斷路器

TCU 1 CPU 診斷 3784 組合分離或要求查錯從PWI INV2

TCU 2 DSP PWI 47 IGBT電源故障

TCU 2 CPU 診斷 3516 HDWO：BOCD3故障（-A100-G151）

TCU 2 CPU 診斷 3622 輔助逆變器接觸器故障

CCU 2 CPU 診斷 616 輔助逆變器隔離開關2無效

圖3 故障部件

3.3.3 原因分析

G151插件控制TCU的110 V/24 V電源，由于該插件短時故障，造成IGBT模塊電源丟失。

3.3.4 對策措施

針對該故障，可從以下幾個方面著手解決：①根據數據分析結果，檢查TCU各插件緊固狀態。如果各部無異常，則更換TCU的G151插件。②定期檢查。修程中檢查G151插件控制TCU的110 V/24 V電源狀態，如果有故障，就要更換出力TCU的G151插件。結合二年檢修程更換CCU及TCU的備用電池，又因TCU對工作電壓的要求較高，瞬間電壓波動易造成電源丟失，因此機車蓄電池容量不夠時必須更換。

3.4 TCU單元SIP插件通訊故障

3.4.1 機車故障現象

機車運行中出現主逆2原因導致跳主斷、TCU2完全鎖定，乘務員重新斷合低壓柜上TCU自動開關后故障消除。

3.4.2 機車檢查情況

機車回段后試驗正常，如下載數據表4所示，當時故障代碼為16，為和STDSG通訊故障。由于TCU的4QC、輔助逆變器AUX報其他插件版子通訊故障， 所以判斷為PWI的SIP插件版子故障，故障插件如圖4所示。

表4 故障數據及代碼

TCU 2 DPS 4QC 16 和STDSG通訊故障

TCU 2 DSP輔助逆變器 16 和STDSG通訊故障

TCU 2 DPS 4QC 16 和STDSG通訊故障

TCU 2 DSP輔助逆變器 16 和STDSG通訊故障

TCU 2 DPS 4QC 16 和STDSG通訊故障

TCU 2 DSP輔助逆變器 16 和STDSG通訊故障

TCU 2 DPS 4QC 16 和STDSG通訊故障

TCU 2 DSP輔助逆變器 16 和STDSG通訊故障

TCU 2 DPS 4QC 16 和STDSG通訊故障

圖4 故障插件圖

3.4.3 原因分析

機車正常運用中，TCU的4QC、PWI、輔助逆變器AUX與SIP插件一直在互相傳輸數據。由于PWI的SIP插件故障，造成與4QC、輔助逆變器AUX的SIP插件之間通訊故障，引起機車保護動作，主逆原因跳主斷、TCU完全鎖定。

3.4.4 對策措施

針對該故障，可從以下幾個方面著手解決：①根據機車數據分析結果，檢查TCU各插件緊固狀態。如果各部無異常，更換PWI的SIP故障插件。②定期檢查PWI的SIP插件上部插頭內部狀態，結合各級修程下載數據看是否有相關故障。如果有相關故障，則檢查PWI的SIP插件上部插頭內部狀態，必要時，更換PWI的SIP插件。③按要求對機車進行高壓試驗，分別斷開TCU1或TCU2自動開關，試驗另一組TCU能否正常工作。

另外，通過對TCU插件導致的機車故障分析，發現部分故障有時斷合TCU電源能暫時恢復，對此，我段采取了相應的管理措施。

組建和諧機車質量咨詢組（開通咨詢電話7280811），由專業技術人員24 h值守，為乘務員提供技術支持。當機車出現故障時，可以撥打咨詢電話，由技術人員遠程指導乘務員對機車故障進行處理。

4 結束語

HXD1型電力機車作為我國目前最先進的交流傳動重載貨

運電力機車之一，在大秦線運用已有6年多的時間，我段技術、檢修人員通過對機車運用過程中出現的問題進行分析，在實踐中不斷學習和摸索，對HXD1型電力機車有了一定的認識。筆者針對HXD1型電力機車牽引控制單元TCU發生的一些主要故障現象，提出了一些自己的想法和處理方法，減少了機車故障，縮短了因機車故障造成的運用停時，確保為大秦線運量提供足夠的運用機車，在此希望能與同行交流，以達到在工作中更好地使用好、維護好HXD1型電力機車的目的。

參考文獻

[1]張曙光.HXD1型電力機車[M].北京：中國鐵道出版社，2009.

〔編輯：王霞〕