鐵路客車DC 600 V車下電源裝置維修優化研究*

宋英杰， 劉晨亮

(1 北京縱橫機電技術開發公司， 北京 100094；2 中國鐵路沈陽局集團有限公司 沈陽車輛段， 沈陽 110000)

列車DC 600 V供電系統采用由機車集中整流，客車分散逆變的供電方式。系統主要由DC 600 V供電電源裝置、車端連接器、DC 600 V/AC 380 V逆變電源(簡稱為逆變器)、DC 600 V/DC 110 V電源裝置(簡稱為充電器)、客車電氣綜合控制柜、蓄電池組、DC 600 V輸配電電纜及用電負載等設備組成。其中DC 600 V供電電源裝置安裝在機車上，由機車集中整流后輸出DC 600 V給客車。客車DC 600 V車下電源裝置指的是安裝在客車車下的逆變器和充電器，逆變器、充電器將機車DC 600 V供電轉換為AC 380 V和DC 110 V，滿足客車空調、采暖、照明等電器的用電需求。

1 DC 600 V電源裝置大修現狀分析

在DC 600 V電源裝置統型之前，生產廠家主要有5家，各個廠家的逆變器、充電器結構不同，配件不能互換，質量可靠性差別較大，給現場使用及維修工作帶來了諸多不便。

由于統型的DC 600 V電源裝置還未大批量進入大修周期，目前，各廠家維修的DC 600 V電源裝置基本都是非統型的。由于受自身檢修能力及核心技術等因素的限制，絕大多數主機廠都對DC 600 V電源裝置實施了委外檢修。一般情況下，委外檢修時不區分5個生產廠家的產品，而是整體打包，各個廠家的產品都有，這就要求承修廠家要掌握各型電源的檢修技能，這對委外廠家的檢修能力提出了更高的要求。

另外，由于5種DC 600 V電源裝置產品存在的差異，檢修的側重點也應不一致，如有的廠家箱體腐蝕嚴重，大修時需要重點對箱體進行檢修；有的廠家電路板故障較多，大修時需要對電路板上的元器件進行更換。這就需要各大修廠家在平時注意數據積累，統計相關產品的故障率，針對故障率較高的部件進行重點攻關，這樣既可以減少檢修后產品的故障率，降低售后服務費用。同時也可大幅提升大修產品質量的可靠性。

2 DC 600 V電源裝置大修規程分析

現行DC 600 V電源裝置檢修按照《鐵路客車電氣裝置檢修規則》(鐵總運〔2015〕29號)相關要求執行，檢修等級分為E1、E2、E3、E4和E5，其中E1修程對應客車運用維修的專項修，E2～E5修原則上應與客車定期檢修同步進行，E2、E3修為段修，結合客車A2或A3修進行，E4、E5修為大修∕廠修，結合客車A4或A5修進行。電氣裝置檢修周期見表1，客車檢修周期見表2。

E1、E2、E3修時，DC 600 V電源裝置可不下車，實施現車檢修；E4、E5修時DC 600 V 電源裝置下車分解檢修。DC 600 V電源裝置大修指的是E4、E5修，對應客車A4、A5修。逆變器和充電機E4修的主要內容如下：

(1) 箱體檢修

表1 檢修周期表

表2 客車檢修周期表

箱體清潔除銹，脫焊、變形時焊修或調修；箱體破損或腐蝕深度超限時挖補或截換；箱體吊耳須探傷無裂紋，厚度超限時更新；箱門開、關靈活，鎖及附件作用良好。散熱器清潔、檢查；箱體內外涂漆均勻；更新密封條。

(2) 電氣部件檢修

各部件清潔；變壓器匝間短路、繞組絕緣層損壞時修復或更新，引線斷裂、脫焊時修復或更新，鐵心緊固無松動，重新進行浸漆、烘干、測試，變壓器初級和次級繞組之間及其與外殼之間的絕緣電阻值符合要求；電解電容更新；散熱風扇更新；清除斷路器、接觸器、電壓傳感器等電氣元件表面污垢，接觸器內部清潔，線圈絕緣層變質時更換，觸點光潔，無燒損、粘連；斷路器、接觸器、電壓傳感器等電氣元件檢修后須檢測性能符合規定；清潔輸入和輸出濾波器、充電和放電電阻、各電路板、IGBT模塊，測試功能正常，電路板元器件焊接無松動，脫焊，有燒損痕跡時須修復或更新，各熔斷器容量須符合圖紙文件規定；各接線端子排表面整潔，開裂、老化、變形時更新，擋片齊全，導線老化破損時更新，兩接線端子間的配線無接頭，端子規格應符合要求，線徑應與通過的電流大小相匹配，接線端子壓接牢固，電氣元件位號、配線線號清晰，導線穿越金屬板時有絕緣保護，出線口護套更新。

(3) 組裝試驗

絕緣試驗：無電測試，通電測試；逆變器通電試驗：弱電試驗，空載試驗，輕載試驗，額定負載試驗，輸入輸出參數測定，軟啟動性能試驗，模擬過分相試驗，聯網通信試驗，雙逆變器車互備功能試驗，輸入過壓保護試驗，輸入欠壓保護試驗，輸出電壓穩定精度試驗，降頻降壓輸出試驗，抗負載突變能力試驗，控制電壓波動試驗，輸出電壓諧波失真測定，三相電壓不平衡度試驗。

充電器通電試驗：蓄電池欠壓保護試驗，模擬過分相試驗，溫度補償充電性能試驗，限流充電特性試驗，輸入過壓保護試驗，輸入欠壓保護試驗，輸出特性試驗，負載沖擊性能試驗，控制電壓波動試驗。

E5修的主要內容是在E4修的基礎上執行以下標準：“滿足不同廠家電路板級互換要求，配線更新、電路板、主回路直流接觸器更新，否則，整機更新為符合互換要求的產品”。由此可見E5修是在E4修的基礎上增加了換件修的要求。

從規程要求可看出DC 600 V電源裝置大修主要是對各電氣部件進行檢修和試驗，尤其是電路板的檢修和測試。電路板檢修質量的好壞直接影響DC 600 V電源裝置的質量。由于DC 600 V電源裝置廠家較多，統型前各廠家的電路板結構差別較大，互不通用，測試程序也不相同，檢修難度較大。檢修規程中對電路板檢修描述較少，僅要求“清潔輸入和輸出濾波器、充電和放電電阻、各電路板、IGBT模塊，測試功能正常。電路板元器件焊接無松動，脫焊，有燒損痕跡時須修復或更新”。可見規程僅對結果有要求，而對怎么檢修，怎么測試電路板沒有說明。這就要求各檢修廠家自主進行技術攻關，摸清不同廠家的電路板的原理和特性，針對不同廠家的電路板提出具體的檢修方案和測試要求。這也是DC 600 V電源裝置大修的重點和難點。

3 DC 600 V電源裝置大修技術優化研究

DC 600 V電源裝置大修優化應以可靠性理論為基礎，基于大數據統計分析，對產品故障率較高的部件重點檢查或更換。下面以某單位的統計數據為例，說明DC 600 V大修優化的一般方法。

某單位在檢修DC 600 V電源裝置的過程中，搜集現場售后服務故障信息，數據統計分析產品的故障率，不同廠家的DC 600 V電源裝置大修后一年內故障率差別較大(五家DC 600 V電源裝置生產廠家分別以A、B、C、D、E代替)，逆變器故障率最高達到30.17%，最低只有8%，充電器故障率的比例最高達到14.06%，最低的一年內未發生故障。從統計數據分析， B廠家的逆變器、充電器故障率較高，E廠家的逆變器、充電器故障率都較低。這就要求檢修B廠家逆變器、充電器時應針對產品薄弱環節進行重點檢修；而對故障率較低的E廠家產品可按規程要求進行檢修；對于故障率居中的廠家，應分析各部件的故障占比，針對具體部件進行檢修優化。某單位DC 600 V電源裝置大修后2015年故障情況統計表見表3。

表3 某單位檢修的DC 600 V電源裝置2015年故障情況統計表 %

注：表中故障率為部件故障數量占檢修的該廠家逆變器∕充電器數量的比率。

圖1 B廠家逆變器故障件占比

對于B廠家的逆變器故障情況進行分析，如圖1。數據中主控板、驅動板、電源板、采樣板故障數量占故障總數的59%。因此控制好主控板、驅動板、電源板、采樣板的質量是逆變器大修的關鍵。尤其是采樣板和主控板，兩者的故障率占總故障的40%。

對于B廠家的充電器故障情況進行分析，如圖2。數據中前后級板、IGBT、主控板故障數量占故障總數的61%。因此控制好前后級板、IGBT、主控板的質量是充電器大修的關鍵。另外由于保險故障數量占故障總數的11%，而保險屬于低值產品，因此建議大修時對保險進行全部更換。

圖2 B廠家充電器故障件占比

對于E廠家的逆變器、充電器故障情況進行分析。全年僅逆變器的驅動板和接觸器各發生一次故障，故障較少。建議檢修時可以只做規程要求的檢修項目。

以逆變器為例，對故障率居中的產品進行數據分析，見圖3～圖5。

圖3 A廠家逆變器故障件占比

圖4 C廠家逆變器故障件占比

圖5 D廠家逆變器故障件占比

A廠家逆變器主控板、驅動板、IGBT、保險的故障數量占故障總數的74%。建議重點對主控板、驅動板、IGBT進行檢修，對保險進行全部更換。

C廠家主控板、傳感器、電容的故障數量占故障總數的73%。建議重點對主控板、傳感器進行檢修，對電容進行全部更換。

D廠家接觸器、主控板的故障數量占故障總數的41%。建議重點對接觸器、主控板進行檢修。

最終逆變器檢修重點檢查部件如表4所示。

表4 逆變器檢修重點檢查建議表

4 結束語

本文分析了某單位鐵路客車DC 600 V電源裝置現場運行故障數據，得出不同制造廠家的DC 600 V電源裝置故障特點，針對不同廠家的故障特點，提出了維修優化建議。針對目前鐵路客車配件型號較多、種類雜，各型號產品性能差異較大的特點，文中提出了一種檢修優化方案，在完成檢修規程規定內容的前提下，通過運行故障數據分析，可得出不同型號產品的故障特點，在檢修中有針對性的加強薄弱環節整治，從而提高檢修質量，保證鐵路客車安全平穩運行。