廣州地鐵二號線整列車輔逆故障分析

文志遠

（廣州地鐵集團公司運營事業總部，廣州 510310）

0 引言

輔逆系統是地鐵車輛非常重要的一個系統，廣州地鐵二號線電客車輔逆系統采用的是西門子公司生產的輔逆系統，通過將接觸網內的電壓轉變成不同等級的交流電[1]，利用列車的電纜傳輸給地鐵各個設備供電。但該系統為德國進口設備和診斷邏輯軟件，受到國外科學技術的壟斷。為研究德國西門子公司地鐵輔逆系統非常見故障、診斷邏輯設計、故障解析原理，通過對故障現象、事件記錄儀數據、狀態監測、邏輯設計等進行分析，從而找到造成中間電壓過壓的根本原因，實現對地鐵輔逆故障的處理，并學習故障診斷設計理念，總結經驗，為國內外同類型故障提供參考依據。

圖1 故障時刻車輛屏圖標

1 故障概況

近期，廣州地鐵二號線電客車出現整列車輔逆黃點，充電機不工作故障信息，部分空調黃點，列車制動及惰行時有前后晃動情況[2]，后續列車自動恢復。查看列車車輛屏信息顯示輔逆圖標黃色、空調圖標黃色等。故障時刻車輛屏圖標如圖1所示。

2 故障基本信息

查看車輛屏故障履歷及CCF，列車在09:16:48開始報了多節車空調中等故障；09:17:00-09:17:24報制動系統速度限制。查看TCF，列車在09:16:46報4節動車的牽引風扇監控：AC400 V不可用[3]。車輛屏故障信息如圖2所示。

圖2 車輛屏故障信息

3 故障查找

3.1 數據

下載并分析事件記錄儀數據，列車在09:15:46網壓有一個小尖峰變高，此時列車處于制動工況，而后快速下降，在09:16:47時網壓達到最低1 408.2 V。正線事件記錄儀記錄的網壓正常情況下不會有尖峰突變，可能是由于列車受電弓與接觸網有短暫的脫弓，導致制動反饋的能量無法傳輸給電網，造成網壓升高。事件記錄儀數據如圖3所示。

由于事件記錄儀的記錄周期較長，因此下載并分析輔逆數據可知，輔助系統輸入電壓開始升高，瞬時最高達到2 400 V[4]，如圖4所示。

圖3 事件記錄儀數據

圖4 輔逆故障數據的電壓值記錄

圖5 A4型車1 500 V主回路原理圖

3.2 故障邏輯

A4型車6節車輔助逆變器供電輸入端并聯在一起，與牽引逆變器[5]供電輸入端以大功率二極管隔離。

由于列車在三元里下行進站區間的某一位置，接觸網和受電弓配合不良，導致列車受電弓和接觸網出現了短暫分離。此時，列車剛好處于制動狀態（電制動），牽引系統向接觸網反饋電能[6]，由于受電弓與接觸網斷開，電能無法回流，根據電流特性，牽引反饋的電流流向輔助系統，如圖5所示，此時輔助系統輸入電壓開始升高，瞬時最高達到2 400 V。

A4型車輔助系統的過壓邏輯保護條件：當input voltage＞2 080 V，2 s或者input voltage＞2 100 V，0.2 s或者dc-link voltage＞1 800 V，20 s或者dc-link voltage＞1 900 immediately。

當輔助系統的輸入電壓達到2 100 V時，輔逆封鎖輸出，此時全車輔逆黃點，沒有380 V輸出。但由于濾波電容穩壓作用，沒有達到牽引系統的過壓保護閥值，因此輔逆端的電壓繼續升高。而后接觸網與受電弓配合恢復正常，電流不再流向輔逆系統，輸入電壓下降，輔逆系統恢復正常。

由于列車沒有380 V電源，導致全部牽引報“牽引封鎖監控：AC400 V不可用”故障，該故障會導致牽引出現線電流限制[7]，電制動力會變小，而機械制動會補氣，由于機械補氣反映稍慢，導致列車出現抖動。

3.3 故障時刻網壓

查看列車運行圖，故障時列車處于2A8供電區間，該供電區間上行列車有133134、141142、105106、131132，下行列車有037038、125126、111112、041042。除了037038車無該時間段事件記錄儀數據、111112正線停放未回廠外，分析故障時刻，以上列車工況與網壓均在1 700 V以下，具體情況如表1所示。

表1 列車工況與網壓

圖6 輔逆故障數據的電壓值記錄

觀察與故障時刻041042車相鄰的111112車在故障前后多個站事件記錄儀網壓波形，網壓最大值約為1 800 V，屬于正常范圍內，未出現網壓偏大或者波動劇烈的情況。輔逆故障數據的電壓值記錄如圖6所示。

由該供電區間列車工況數據可知，當時接觸網電壓正常，041042車全車輔助逆變器檢測網壓過高應為弓網關系不良時導致牽引系統反饋的電能流向輔助系統所致。

3.4 歷史故障

核實近兩年來的故障數據發現，2018年至今，A4型車在三元里下行進站時共發生5次因弓網關系不良導致全車輔逆黃點故障，每次車號均不一致，而其余站點位置未出現過該問題。可對該線路區段進行專業性弓網檢測，確認接觸網的可靠性及穩定性。故障數據如表2所示。

表2 故障數據

3.5 檢查情況

檢查2B042車受電弓有輕微打火痕跡，兩端受電弓參數正常，輔助逆變器功能正常，空調系統功能正常。

4 A4、A5型車牽引輔助系統過壓保護邏輯說明

4.1 A4型車牽引過壓保護邏輯

當線電壓（牽引系統檢測）大于1 980 V時，延時2 000 ms，會報出“線電壓過高”信號，此時高斷會跳開。A4牽引系統過壓保護邏輯如圖7所示。

圖7 A4牽引系統過壓保護邏輯

4.2 A4型車輔逆過壓保護邏輯

A4型車輔逆系統一共在2處設置有過壓保護[8]點：一是逆變器的輸入端電壓保護，設定閥值為1 800 V且持續20 s或1 900 V瞬時，如圖8所示；二是輔逆整機的電壓保護，設定閥值為2 080 V且持續2 s或2 100 V且持續0.2 s，如圖9所示。

圖8 逆變模塊的輸入電壓保護

圖9 輔逆整機的電壓保護

4.3 A5型車牽引過壓保護邏輯

網壓或中間電壓U＞2 000 V且持續500 ms；U＞2 350 V瞬時，保護動作。

4.4 A5型車輔逆過壓保護邏輯

網壓或中間電壓峰值大于2 350 V，或者有效值大于2 200 V并小于2 350 V持續時間超過50 ms，或者有效值大于2 100 V并小于2 200 V持續時間超過100 ms，保護動作。當輸入電壓恢復到1 750 V以下并保持3 s以上時，SIV自動重啟。

5 結束語

本文針對廣州地鐵二號線列車出現整列車輔逆黃點故障，充電機不工作故障信息，部分空調黃點，且列車制動及惰行時前后伴隨有列車晃動現象，通過對列車事件記錄儀數據、診斷邏輯圖等進行分析，得出造成此故障的根本原因為外部受流異常引起，地鐵受電弓與接觸網接觸不良造成整車輔逆輸入電壓瞬間失壓，從而引起中間電壓過壓故障。通過采取有效措施對接觸網與受電弓進行檢查，從根本上解決了問題。