高速動車組電開水爐斷路器跳閘故障的處理方法

楊守沼

摘要：本文在基于電開水爐電氣控制原理的基礎(chǔ)上，闡述了電開水爐斷路器跳閘的故障機理，并提出了處理方法。

關(guān)鍵詞：電開水爐;跳閘;TVS管;優(yōu)化

簡介

隨著我國高速鐵路的飛速發(fā)展，動車組的數(shù)量也在不斷的增加，高效、安全、綠色、便捷的動車組為廣大民眾出行提供了便利，深受廣大民眾鐘愛。電開水爐作為高速動車組上的服務(wù)設(shè)施，為乘客提供飲用水，它的性能穩(wěn)定與否，能夠影響乘客的乘車體驗及舒適度。本文以動車組開水爐為對象，在分析其工作原理的基礎(chǔ)上，闡述了運行過程中電開水爐斷路器跳閘的故障機理，并提出了對應(yīng)的優(yōu)化處理措施。

1.電開水爐電氣控制原理

動車組所配置的車載電開水爐主回路主要由分勵脫扣器、空氣開關(guān)、單相整流橋、逆變器、電流互感器和感應(yīng)線圈等部件組成。動車組受電后，通過受電弓、主變壓器等電力設(shè)備，為開水爐提供單相交流AC220V工作電源，單相交流電源經(jīng)空氣開關(guān)進入電控箱，再經(jīng)單相整流橋整流成500V左右直流電，由功率模塊組成的半橋逆變器把直流電轉(zhuǎn)變成25KHz左右的高頻交流電，供給感應(yīng)線圈，在產(chǎn)水箱腔體中產(chǎn)生渦流并使之發(fā)熱，將水燒開[1]。

電開水爐控制電路主要由8位單片微處理器及外圍數(shù)字電路、脈沖驅(qū)動電路、水位傳感器、逆變器、溫度傳感器、穩(wěn)壓電源、指示燈、繼電器及控制進水的電磁閥等部分組成，在微處理器的程序作用下，能根據(jù)產(chǎn)水箱水位的變化，控制電磁閥的開/關(guān)，逆變器的啟/停，進行斷水保護、缺水自動進水、水位顯示等功能，并且當(dāng)逆變器發(fā)生過流、過熱等異常情況時自動保護停機，等恢復(fù)正常且延時一定時間后再啟動逆變器，另外微處理器能根據(jù)逆變器輸出的電流電壓相位信號調(diào)整工作頻率，使逆變器工作在最佳諧振狀態(tài)[2]。

2.故障機理

電開水爐過壓保護電路由6個5KP220CA型號的TVS管串聯(lián)而成，并聯(lián)到半橋逆變器前端，用于防止整流橋和IGBT模塊過壓擊穿。電開水爐輸入電壓為AC280-496V，整流、濾波為DC386-706V。TVS管可持續(xù)工作電壓為220V，擊穿電壓為246-272V，鉗位電壓為371V，過壓保護電路（6顆串聯(lián)）可持續(xù)工作電壓為1320V，擊穿電壓為1464V-1620V，鉗位電壓為2226V，整流橋、IGBT模塊分別實際可耐受2340V -2520V、3400V（兩組串聯(lián)）反向電壓。

在動車組運用過程中，如果出現(xiàn)運行線路網(wǎng)側(cè)諧波峰值過高、供電設(shè)備輸出電壓過高等異常時，會造成動車組高壓供電系統(tǒng)輸出到開水爐的工作電壓過高，形成瞬間浪涌電壓，當(dāng)浪涌電壓超過TVS管耐受極限，穩(wěn)壓模塊中的TVS管（瞬態(tài)二極管），吸收浪涌電壓，TVS管擊穿短路，導(dǎo)致斷路器跳閘[3]，電開水爐無法正常使用。

3.處理方法

基于網(wǎng)壓波動、網(wǎng)側(cè)諧波峰值現(xiàn)有技術(shù)不能完全消除，電力設(shè)備缺陷再所難免，根據(jù)實際情況，解決TVS管擊穿問題，可以從增加臨時應(yīng)急旁路，提高控制線路對浪涌電壓的吸收能力等方面進行改進：

一是在浪涌吸收結(jié)構(gòu)串聯(lián)便于更換的熔斷器，當(dāng)浪涌吸收器擊穿后，電開水爐可維持使用，同時報出故障;

二是將“6個5KP220CA型TVS管串聯(lián)”優(yōu)化為“6個15KP220CA型TVS管串聯(lián)”結(jié)構(gòu)，提高電開水爐控制抗浪涌吸收能力。

4.結(jié)論

針對高速動車組電開水爐斷路器跳閘問題，初步分析由于運行線路出現(xiàn)網(wǎng)側(cè)諧波峰值過高、供電設(shè)備輸出電壓過高等異常，浪涌電壓超過TVS管耐受極限，TVS管同時擊穿短路，導(dǎo)致斷路器跳閘，電開水爐無法正常使用。擬在浪涌吸收結(jié)構(gòu)串聯(lián)便于更換的熔斷器，并內(nèi)部增加故障顯示;同時通過優(yōu)化浪涌吸收保護電路元件配置，提高電開水爐控制抗浪涌吸收能力。達到提高開水爐在使用過程中可靠性的目的。

參考文獻：

[1] 李曉靜.CRH1 型動車組電茶爐原理及常見故障處理 [J].農(nóng)家參謀.2018：240.

[2] 張琦.鐵路客車電茶爐故障分析及改進措施 [J].鐵道技術(shù)監(jiān)督.2015，42（2）：28-30.

[3] 楊四海.CRH2A型動車組電茶爐接地故障原因分析及對策[J].上海鐵路科技.2009，（3）：51-52，11.

（作者單位：中車青島四方機車車輛股份有限公司）