貴陽軌道1號線電客車輔助逆變器重啟故障分析與改進措施

李超成

摘 要 本文主要介紹了貴陽軌道1號線電客車輔助逆變器的主要技術參數、主電路和逆變器模塊的工作及控制原理，旨在通過分析調試期間輔助逆變器自動重啟故障，從而指出輔助逆變器在邏輯控制設計上的問題和缺陷，并提出改進措施。

關鍵詞 輔助逆變器；故障現象；控制電路

中圖分類號 U2 文獻標識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）15-0085-02

貴陽軌道1號線電客車采用了株洲時代電氣股份有限公司研發的輔助供電系統[1]，輔助供電系統是地鐵車輛的重要組成部分，對其進行設備維護和試驗的費用也十分昂貴。本文首先介紹貴陽軌道1號線電客車輔助逆變器的工作原理，結合調試期間的具體故障現象，多方面分析輔助逆變器自動重啟故障，從而找出其原因，指出輔助逆變器在邏輯控制設計上的問題和缺陷，并提出改進措施。

1 輔助逆變器的工作原理

1.1 輔助供電系統的介紹

貴陽軌道1號線電客車采用4動2拖的編組型式（=Tc-Mp-M+M-Mp-Tc=），每列車由2個相同的3車單元構成。列車采用集中供電的供電方式，在Tc車設置輔助供電系統，其主要功能是將DC1500V逆變為AC380V、頻率50Hz的三相電壓，為列車的中壓交流負載供電，同時將AC380V的交流電壓整流為DC110V，為列車的低壓負載供電。

1.2 輔助逆變器主要技術參數

輸入電壓：DC1500V（DC1000V～DC1800V）。

最高非永久電壓（輸入電壓）：DC1950V，≤5min。

輸出電壓（中壓交流）：AC380Vrms±5%，50Hz±2%。

輸出相數（中壓交流）：三相四線制。

輸出電壓（低壓供電）：DC110V±2%。

電壓變化要求（低壓供電）：DC77V-DC137.5V。

1.3 輔助供電系統工作原理

輔助供電系統主回路電路圖如圖1所示。

輔助供電系統為直接兩電平IGBT逆變電路+全波整流和高頻DC/DC變換電路。其工作原理為：直流輸入高壓經直流濾波電抗器（L1）、電容器充電電路（R1、KM2）、直流濾波電容器（FC），送至IGBT逆變器進行逆變后輸出PWM波交流電壓，再經輸出變壓器（TR）進行電壓隔離、降壓，交流電容器（ACC）濾波得到低諧波含量的三相準正弦電壓，輸出三相380V/50Hz電壓。從逆變電路輸出的穩定的AC380V輸出電壓經過交流電抗器（L3）輸入到三相整流橋整流，電抗器、電容器濾波后得到直流電壓（中間電路電壓），中間電路電壓經半橋變換電路高頻變換為矩形波電壓、經高頻變壓器進行隔離、降壓后，再經高頻整流橋整流、電抗器、電容器濾波得到穩定的DC110V電壓。

2 輔助逆變器自動重啟故障分析

2.1 故障現象

2016年12月19日，貴陽軌道1號線電客車01002車使用車間電源進行車輛調試，在操作ATPFS（ATP隔離開關）和司控器鑰匙時輔助逆變器會自動關機重啟。事后普查發現所有列車都有此現象：當兩端ATPFS位于“正常”位時，操作任意一端ATPFS至“隔離”位或將司控器鑰匙由“OFF”位旋至“ON”位后，輔助逆變器會自動關機，約10s后重新啟動。

2.2 故障分析

圖2為輔助逆變器啟動和停機的控制邏輯，當輔助逆變器收到降雙弓信號（VCU降雙弓指令或硬線降雙弓信號）后，輔助逆變器會啟動停機鎖定程序關機，在停機有效信號持續10s后，重新檢測網壓，若檢測到網壓大于1 100V且輔逆無故障，輔助逆變器會自動啟動。通過故障現象和控制邏輯可以判斷此故障是輔助逆變器收到降雙弓信號導致。

圖3為受電弓控制電路[2]，由于在使用車間電源調試，PANEBR（受電弓使能繼電器）失電，其觸點21-22/24閉合，觸點31-32/34斷開，使得硬線降雙弓信號不能發送至輔助逆變器。但由于受電弓控制開關位于“降雙弓”位（即PCS的觸點1-2、3-4和7-8閉合），當司控器鑰匙由“OFF”位旋至“ON”位后，COR3（司機室激活繼電器）觸點41-42/44閉合，TCMS（列車控制與管理系統）收到降雙弓信號，同時VCU（列車控制單元）發送降雙弓指令給輔助逆變器。

圖4為零速控制電路，當兩端ATPFS位于“正常”位時，ATPFR1（ATP隔離繼電器）處于失電狀態，其觸點11-12/14斷開、觸點21-22/24閉合，零速信號由信號系統給出，但由于列車處于車輛調試階段，信號系統設備未安裝，使得信號系統無法給出零速信號，導致圖3中的ZVR1（零速繼電器）觸點51-52/54處于斷開狀態。當一端ATPFS打至“隔離”位后，ATPFR1繼電器得電，其觸點11-12/14閉合、21-22/24斷開，此時零速信號由車輛的網關閥給出，ZVR1觸點51-52/54閉合，使得TCMS收到降雙弓信號，同時VCU發送降雙弓信號給輔助逆變器。

由上述分析可知，在貴陽軌道1號線電客車的車輛調試階段，信號系統無法給出零速信號，使用車間電源供電，雖然切斷了硬線發送至輔助逆變器的降雙弓信號，但操作司控器鑰匙激活司機室后，TCMS檢測到降雙弓信號，并VCU發送降雙弓指令至輔助逆變器，導致輔助逆變器自動重啟。此故障不僅影響了輔助供電系統各設備的壽命，也對車輛調試造成影響。

3 改進措施

輔助逆變器的停機設計是為了實現降弓前，即切斷高壓前提前切除負載，從而提高列車中壓、低壓負載的使用壽命。但在使用車間電源供電時，高壓供電不經過受電弓，此時升降弓操作不應影響輔助逆變器的控制。綜上，可對其控制邏輯進行優化以避免此故障的發生，增加邏輯判斷：當檢測到三位置開關處于車間電源位時，TCMS收到降弓信號后VCU不向輔助逆變器發送降雙弓指令。

參考文獻

[1]中車南京浦鎮車輛有限公司.貴陽1號線運營、修理及維護手冊，第5卷，輔助系統維護手冊（PM094795101）[Z].2016.

[2]中車南京浦鎮車輛有限公司.貴陽1號線電客車電路圖（PM09400-371-023000）[Z].2016.endprint