8D思路在機車模塊故障調查中的應用

郭小飛　沙作偉

【摘 要】中白二型機車是龐巴迪公司與同車公司合作生產的交-直-交傳動、Co-Co軸式7200KW大功率六軸貨運機車。整個目18臺機車，配屬在白俄羅斯巴拉諾維奇機務段。作為公司“國際名片”的Belarus2型機車有幸擔當“牽引中歐班列”，為“一帶一路”貨運任務做出了巨大貢獻，為公司贏得了良好的口碑。但機車在白俄羅斯鐵路局的日常商業運營過程中，發生的多起牽引變流器模塊故障，嚴重影響白鐵的商業運營。為保障白鐵的正常商業運營、緩解了白鐵客戶的顧慮，BNP中白二項目團隊由項目主導，緊急協調工程、售后服務團隊第一時間前往白俄羅斯現場收集故障數據，調查故障原因。并最終在公司質量、運營、采購、等部門同事齊心協力下，采用8D思路、魚骨圖排除等，找到了牽引變流器模塊故障發生的根本原因，并制定了有效的糾正措施，徹底解決了中白二機車牽引變流器模塊故障。

【關鍵詞】項目團隊;機車;牽引變流器模塊故障

中圖分類號： V443文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）13-0068-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.13.031

0 引言

中白二型機車是龐巴迪公司與同車公司為滿足白俄羅斯鐵路機車的升級換代，而研制的寬軌大功率交流傳動重載電力機車。機車的研制依托龐巴迪大功率交流傳動電力機車研發平臺，及中白一型機車的運用經驗，適用于在白俄羅斯國家鐵路干線及在取得機車認證證書后跨境進入俄羅斯、烏克蘭等其他獨聯體國家牽引貨物列車。在日常商業運營中，出現的大批量牽引變流器模塊故障，嚴重影響了客戶的商業運營。故特此將中白二機車項目團隊調查分析機車牽引變流器模塊故障的經驗進行梳理、總結，其一便于公司其它項目團隊借鑒經驗教訓，提高項目執行質量;其二便于其它項目團隊借鑒此故障調查過程，高效處理其它類似故障。

1 中白二機車牽引變流器模塊故障背景

中白二機車項目共18臺機車，從2017年8月起機車在巴拉諾維奇機務段投入運用以來，共發生了16起模塊故障，其中逆變模塊（W14-5）8起，整流模塊（46-5）8起。白鐵發函定義牽引變流器模塊故障為批量質量問題，要求BNP于同年12月底提交調查分析報告和最終整改措施。

2 牽引變流器模塊故障信息統計

2.1 故障模塊基本信息

模塊W46-5：3起斬波相IGBT擊穿，5起為四象限整流IGBT擊穿，總計8起故障。

模塊W14-5：7起IGBT反饋偶發故障;1起IGBT擊穿故障，總計8起故障。

2.2 牽引變流器模塊故障率統計

合同對批量故障的定義是年故障率≥8%。中白2機車目前運營6個月左右，但模塊的故障率已經達到11.1% （=16/18/8），超過合同中批量故障定義的年故障率。

3 白俄羅斯現場故障調查

3.1 白俄羅斯現場故障模塊維修

根據現場維修測試及試驗情況來看，6起W46-5模塊是由于IGBT擊穿導致;而6起W14-5模塊沒有發現硬件故障（6起故障均為正線運營中的故障，回段后故障無法再現），只能根據診斷數據來嘗試性更換出現過故障位置的IGBT及對應的GDU硬件。后續跟蹤機車正線運營，觀察模塊運營狀態，進一步確認是否為IGBT或GDU硬件問題。

3.2 跟蹤現場維修后模塊運營狀態

白俄現場總計維修故障模塊（7個），6個（2個W46-5/4個W14-5）模塊裝在TS14車測試驗證，1個W46-5裝在TS16車測試驗證，現場FST跟蹤觀察模塊運營表現。

經過驗證確認，裝車測試的W14-5模塊（現場維修后模塊）在后續運營中，又出現了兩起和維修前同樣的故障。

4 可疑故障原因排查

中白二機車項目白俄現場支持團隊，采用魚骨圖，從機車運營環境、軟件、故障關聯硬件、模塊本身質量問題等四個大方向入手，在TS14機車上不斷進行逐條試驗、驗證、排除，經過多次排查驗證，發現GDU連接IGBT的線束WAGO插頭接觸配合時有不良，嘗試性更換W14-5故障模塊故障位置線束WAGO插頭后，安排機車正線試驗運行。跟蹤觀察模塊運營狀態一切正常。

5 原因分析

5.1 WAGO插頭供應商對從現場故障模塊上更換下的WAGO插頭進行試驗分析

5.1.1 外觀檢查，發現WAGO插頭母端受到損傷

5.1.2 夾持力測試

WAGO供應商天津工廠對BNP從白俄現場返回的WAGOC插頭（白俄現場從故障模塊上拆下的WAGO插頭）做了夾持力檢測，采用含有1.0mm脫光針的40g砝碼檢測拉脫情況。工廠控制文件規定，能夠使≥40g砝碼滯空則產品拉拔力符合標準，反之，則產品不合格，測試結果如下圖，拆解加持力測試不通過的WAGO插頭，發現夾持力測試不通過的端子內部均有刮傷。

5.2 BNP中白二項目團隊對從白俄羅斯現場返回的故障模塊進行拆解分析

（1）中白二項目團隊對從白俄現場返回的6個故障模塊進行拆解，發現連接IGBT與GDU線束上的WAGO插頭有損傷的插頭的位置與機車TCMS診斷系統報出故障位置一致，兩者正好一一對應。

（2）對于W14-5故障模塊，根據TCMS診斷系統的故障數據，結合模塊內部的電器件布局位置，拆解模塊內部故障位置WAGO插頭進行分析，發現連接IGBT和GDU之間的線束的WAGO插頭金針孔明顯變大。

（3）對于W46-5故障模塊，根據TCMS診斷系統的故障數據，結合模塊內部的電器件布局位置，發現連接IGBT和GDU之間的線束WAGO插頭的孔也明顯變大，并且對應GDU公端插頭金針有明顯放電痕跡。

（4）拆解上述WAGO插頭孔已明顯變大的插頭進行分析，發現孔已變大的WAGO插頭端子上均有劃痕，對比好的WAGO插頭端子（孔未變大的WAGO插頭）均無劃痕。

5.3 牽引變流器模塊故障的電氣原理分析

5.3.1 W46-5模塊故障

以BKG2-12機車W46-5模塊（序列號：7100038/4032）故障為例，2017年10月27日8：25CON1-T2103整流橋的GDU反饋故障導致IGBT短路，分析整車TCMS診斷數據，當發生故障時，TCMS診斷系統報出牽引變流器1的相1、相2電流超限故障同時觸發軟件保護動作，導致機車主斷路器斷開。

分析變流器診斷數據記錄，當故障發生時，牽引變流器報出“變流器模塊中中間直流電壓低，POA1/V1（VS1：L2/V1）@導通指令錯誤，POA1/V1（VS1：L2/V1）@關斷指令錯誤;POA2/V2（VS2：L2/V1）@導通指令錯誤，POA2/V2（VS2：L2/V1）@關斷指令錯誤”。

根據上述故障信息結合如下W46-5模塊電氣控制原理可以發現，對于W46-5模塊的四象限整流部分來說，每個橋臂的兩塊IGBT的導通和關斷由同一個門極驅動單元（GDU）控制。當WAGO插頭內端子簧片間隙過大時，就會有點位“1、2、3、4、8”中某些點位出現接觸不良的情況，導致受同一GDU控制的兩塊IGBT不能按指令正確動作，就會出現過電流，IGBT擊穿的情況。

5.3.2 W14-5模塊故障

以BKG2-04號機車W14-5模塊（序列號：7100038-3056）故障為例，運行中電機“3”隔離，報CMM4[CON1-T2104]（M3） 反饋錯誤。分析變流器故障數據發現報“IGBT5導通指令反饋錯誤;IGBT5關斷指令反饋錯誤”。

根據上述故障信息，結合如下W14-5模塊電路原理，可以發現由于IGBT的導通和關斷是由門極驅動單元（GDU）控制的。所以當-X2插頭內端子簧片間隙過大時，就會有點位“1”、“2”、“8”中某些點位出現接觸不良的情況，會導致反饋故障，電機牽引封鎖。

6 中白二機車項目牽引變流器模塊故障原因概述

牽引變流器模塊線束WAGO插頭接觸不良（插頭間隙過大），導致模塊報IGBT反饋故障和IGBT穿故障。

根據中白二項目團隊對BNP內部生產過程的調查，確認WAGO插頭在正常的生產制造過程中，端子狀態是良好的，WAGO插頭本身質量是可靠的，正常裝配WAGO插頭，不會導致WAGO插孔變大。

但發現GDU和WAGO插頭裝配的過程配合太緊，有個別新員工，未按照作業指導書要求操作，使用較大的插針（>1.8mm）進行預插，預插后容易安裝，但導致了WAGO端子導流片損壞，導流片的側壁碰上了母插頭的內壁留下劃痕，這種錯誤的操作損壞了WAGO插頭導流片的接觸距離，使距離變大，接觸保持力變小，并且不符合接觸力要求，會產生電路虛接現象。

7 永久性糾正措施及項目執行過程中的優化

現場整改更換中白二機車牽引變流器模塊內部所有8孔WAGO插頭;

要求WAGO供應商提供合格的WAGO插頭，并附帶測試合格報告;BNP質量部將線束WAGO插頭物料納入進料檢物料清單中，進行進料檢質量把控;

BNP工藝完善機車模塊裝配作業指導書，細化指導書操作流程、注意事項和要求;

對公司員工進行裝配技能培訓，督促項目團隊提高項目崗位技能。

【參考文獻】

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