CRH2型動車組牽引變流裝置接地故障診斷研究

可心萌 牛晨旭

（鄭州鐵路職業技術學院 河南鄭州 451460）

CRH2型動車組牽引變流裝置接地故障診斷研究

可心萌 牛晨旭

（鄭州鐵路職業技術學院 河南鄭州 451460）

介紹CRH2型動車組牽引變流裝置的功能特點和工作原理，結合其故障診斷和保護功能，對發生頻率較高的接地故障進行分析和排查，根據實際案例給出了CRH2型動車組牽引變流裝置接地故障的處理方法和預防建議。

動車組 牽引變流裝置 故障診斷

CRH2型系列動車組是中車集團下屬四方股份有限公司生產的高速動車組，該系列車型包括CRH2A、CRH2B、CRH2C、CRH2E等，是我國目前高鐵中的主力車型之一[1]，在全國大多數開行高鐵的路局都有配屬，運用范圍極廣。牽引系統是高速動車組的核心技術之一，對動車組的正常運營起著決定性作用[2]。牽引變流裝置作為牽引系統的關鍵部件，其故障的分析、處理及合理預防具有重要意義。

1 CRH2型動車組牽引變流裝置簡介

牽引變流裝置是動車組將高壓交流電轉變為可控動力電源的一種變流裝置。其主要功能是完成直流制和交流制之間的電能轉換，并控制和調節牽引電機的電源，既可以為列車提供動力牽引，又能夠實加再生制動，從而起到控制動車組運行的作用。CRH2型動車組每輛動車配備一臺牽引變流裝置，控制本車的4臺牽引電機。全列動車組的4臺牽引變流裝置因發生故障被切除后，將采取相應的限速甚至救援等安全措施，見表1。

表1 CRH2型動車組牽引切除后的最高運行速度

牽引變流裝置由脈沖整流器、直流平滑電路、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構成，見圖1。其中，脈沖整流器為單向電壓3點式PWM整流器，相對應的逆變器為三相電壓3點式PWM逆變器[3-4]。上述設備共同封裝于牽引箱中，具有故障診斷和保護功能，采用輕量化設計，既減小了動車組車下設備的總裝空間，也有效降低了車輛總重。

圖1 CRH2型動車組牽引變流裝置原理圖

2 牽引變流裝置接地故障的分析

2.1 故障分類

牽引變流裝置根據出現故障危害的大小，劃分故障為3個等級：1級故障：VCB斷開，CI被隔開，不能自動復位，不接收復位開關復位，通過斷合控制電源后重新上電為止；2級故障：CI被隔開，不能自動復位，接收復位開關復位；3級故障：自動復位。本文所分析的牽引變流裝置接地故障是一種綜合類的復雜故障，造成的原因較多，在實際運用中需要視情況逐個排查。

2.2 接地故障的分析和處理方法

（1）故障記錄下載

CRH2型動車組牽引變流裝置本身具有故障診斷功能，在故障動車組入庫后，首先應查尋網絡控制裝置（MON）上的故障記錄，根據相應的故障代碼和代碼報出的先后順序進行分析和排查，與牽引變流裝置接地故障相關的故障信息代碼含義如下：

牽引變流器VDLV2（代碼023）：直流低電壓2，由DCPT1、2電壓傳感器檢出，檢測值為1300±5%V。會跳主接觸器K，能夠自動復位。

牽引變流器GD1（代碼055）：牽引變壓器2次側接地1，由接地保護單元GCT檢出，檢測值3±1A。會跳主接觸器K，MON上報牽引變壓器故障代碼004，需操作復位開關復位。

牽引變流器GD2（代碼050）：牽引變壓器2次側接地2，由接地保護單元GCT檢出 ，K開放300ms后3±1A。會跳主斷路器（VCB），需重合VCB操作復位開關復位。MON上報主回路接地故障142及牽引變流器故障1，代碼004。

牽引變流器OVTGD（代碼024）：OVTh誤點弧，由DCPT1、2電壓傳感器檢出，檢測值為100V±3%、30秒內檢測到3次。會跳主接觸器K，需操作復位開關復位。

同時，牽引變流裝置的無觸點控制裝置可以下載更為詳盡的故障履歷記錄，并得到故障報出時列車的具體工況（牽引、恒速和不同等級的制動工況等）。此外，在檢修庫內還可以通過動車組啟動試驗來觀察故障特點，以達到故障重現的目的。

（2）故障分析和處理

根據牽引變流裝置的主電路，結合所下載的故障數據和庫內故障再現的情況，可以從兩個大的方面來排查牽引變流裝置接地故障的故障點：

中間直流側回路有接地或檢測回路有故障造成動作

①觸控制裝置在數據收集處理過程中發生錯誤。對于這種情況，可以將故障單元的ISO(傳感器板)、MPU1（整流器控制板）與非故障單元進行了調換，觀察故障是否發生轉移。在實際應用中為了提高效率，也可以把故障單元的整個無觸點控制回路與非故障單元進行了調換。

②電阻器單元故障。對于這種情況，可以用萬用表對電阻單元的DVe1、DVe2、OVRe1、OVRe2這幾個電阻進行的測量，觀察其阻值是否都在標稱范圍內。

③接地保護單元GCT誤動作。對于這種情況，可以將故障單元的接地保護GCT與非故障單元進行了調換，觀察故障是否發生轉移。

④過電壓保護OVTh單元故障。同樣可以將故障單元的過電壓保護OVTh與非故障單元進行了調換，觀察故障是否發生轉移。

牽引變流裝置輸入側或輸出側有接地點

牽引變流裝置一邊與主變壓器相連，另一邊與牽引電機相連，其接地故障的接地點有可能存在這兩個設備當中。根據牽引系統主電路分析，可以用萬用表測量中間電路中501、501a、502幾條大線的對地絕緣值。若對地絕緣值很低，則可以判斷牽引變流裝置輸入側或輸出側有設備接地，此時需要對二次側繞阻、牽引電機、功率模塊分別進行接地測量。在實際檢修過程中，也可以對牽引變流裝置內部進行檢查，通過有無放電燒損點或有無異味來進行此類故障的初步排查。

2.3 故障案例

2008年2月23日，CRH2型組動車2038次于19:11分北京站剛出站后司機提手柄加速時，車輛信息屏上報第6車（因動車組重聯系統顯示為第14車廂）牽引變流器故障，其故障代碼和故障報出順序見表2。該車牽引變流器主接觸器斷開，司機按壓操縱臺復位按鈕，但故障仍舊不能消除。 隨后司機按規定程序切除該車動力維持運行。

表2 故障記錄信息

首先，根據故障所報出的先后順序我們可以發現：先是中間直流電壓低（故障代碼023），緊接著報接地故障（故障代碼142），最后報出的OVTh誤點弧（故障代碼024）。所以我們可以初步判斷OVTh誤點弧應該是中間直流電壓異常后導致的關聯故障，應當不是這次的故障的根本原因。

其次，我們要排查輸入側或輸出側有接地的可能，用萬用表測量中間電路，發現501、501a、502幾條大線對地絕緣值很低，只有20K左右，由此基本可以確認是接地點故障。同時，對牽引變流裝置內部大線進行了仔細的目測檢測，沒有發現有放電燒損點，也無異味出現。考慮道故障報出是在整流器工作后、逆變器剛投入時發生的，所以在負載側存在接地的可能性比較大。

基于以上分析，把牽引電機斷開，以確認是否為牽引變流裝置內部接地，用兆歐表量牽引變流裝置內部大線絕緣值均在50兆歐以上，再測量牽引電機，發現對牽引電機機殼存在接地問題，再經進行一步測量，查出是第一位牽引電機繞阻接地，故障找出。

3 結論

CRH2型動車組牽引變流裝置集成性強、技術含量高，且對動車組的運營效率影響較大，在日常的檢修中應提高重視。牽引變流裝置既連接主變壓器又連接牽引電機，其接地故障屬于較為復雜的綜合性故障，在故障的排查和檢修時需要確認對待出現的任何一個錯誤信息，并重視故障信息報出的時間順序。同時，在日常的計劃性檢修中也有必要加強對接地和絕緣性能的檢查，以達到預防相關故障的目的。

[1]戴舜華.CRH2型系列動車組牽引變流器介紹及故障分析[J].鐵道機車車輛,2013, 33(2): 93-97

[2]毛林根.淺談牽引變壓器的檢測與故障診斷[J].鐵道機車與動車, 2016, (10): 36-40

[3]彭華東,王慧.CRH2C 型動車組牽引變流器故障分析[J].鐵道技術監督,2013, 41(3): 33-35

[4]戴晨曦,劉志剛,胡軻蜓.關于高鐵CRH2型動車組逆變器故障診斷研究[J].計算機仿真,2016,33(4): 217-222

Research on Ground Fault Diagnosis of CRH2 EMUs Traction Converter

KE Xin-meng NIU Chen-xu
(Zhengzhou Railway Vocational & Technical College Zhengzhou Henan 451460 China)

The feature functions and working mechanism of CRH2 EMUs Traction Converter are first introduced. Combining this with fault diagnosis and protection function, the most frequently occurred ground faults are analyzed and identified. Based on what has been discussed above, handling methods and prevention proposals for CRH2 EMUs Traction Converter ground faults are thus put forward.

EMUs traction converter fault diagnosis

A

1673-1816(2017)03-0068-04

2016-06-18

可心萌（1987-），男，蒙古族，河南滑縣人，碩士，助教，研究方向城市軌道交通車輛系統動力學和強度方面研究。