馬來西亞安邦線牽引逆變器充電超時故障原因與分析

劉詩佩

摘要：針對馬來西亞安邦線頻繁報充電超時故障進行分析，剖析牽引系統(tǒng)報充電超時故障的各個條件，從故障現(xiàn)象和故障數(shù)據(jù)中分析找到可能性原因，再通過軟件優(yōu)化減少充電超時故障產(chǎn)生，減少因線路原因或者系統(tǒng)問題導(dǎo)致的故障率。

關(guān)鍵詞：馬來西亞安邦線;牽引逆變器充電超時;軟件優(yōu)化;逆變過流

1? 原理介紹

1.1 充電超時保護條件及控制邏輯

充電回路工作條件為：當(dāng)主斷閉合（主斷反饋信號），網(wǎng)壓正常（VH1反饋值），DCU接收到方向指令（司控器手柄信號）后，發(fā)出閉合充電接觸器命令，當(dāng)中間電壓傳感器VH12、VH22采集到的電壓值達到網(wǎng)壓傳感器VH1采集的網(wǎng)壓值的90%時，閉合線路接觸器KM11、KM21，斷開充電接觸器KM12、KM22，此時充電完成;如圖1所示。

充電超時故障簡單保護邏輯的判斷條件為：KM12反饋閉合狀態(tài);中間電壓VH12在3秒鐘內(nèi)未達到網(wǎng)壓VH1的90%，上報充電超時故障，并跳主斷。

充電超時這條保護邏輯的出于兩個方面因素考慮，一方面為了防止長時間充電狀態(tài)而造成的充電電阻、充電接觸器等器件的損壞，另一方面是為了保護支撐電容不會損壞，支撐電容長時間處于充電狀態(tài)，本身對電容而言會有一定的影響，如果支撐電容在未充滿電的狀態(tài)下，直接啟動IGBT，會對支撐電容形成一個較大的沖擊，這種現(xiàn)象會減少支撐電容的使用壽命。

1.2 傳動控制插件信號流程圖

在傳動控制單元中，涉及到該故障的保護邏輯的插件有數(shù)字入出板、SPU板、MCU板、單板機SMC板等插件，其信號之間流程見圖2所示。

2? 故障現(xiàn)象及原因分析

2.1 故障現(xiàn)象

馬來西亞地鐵安邦線多列車在低速過無電區(qū)時頻繁上報VVVF二架充電超時故障，檢查充電接觸器、充電電阻、支撐電容、相關(guān)線路及控制箱插件等無異常，對調(diào)中間電壓傳感器、SPU板插件，列車上線動調(diào)試驗故障仍然出現(xiàn)，且故障無法自復(fù)位。

2.2 原因分析

對列車故障數(shù)據(jù)進行分析，在報充電超時故障時，列車都在經(jīng)過多段無電區(qū)，且上報故障都是二架的充電超時故障。

分析故障時間點的數(shù)據(jù)，故障開始前，列車因過無電區(qū)導(dǎo)致輸入欠壓，短接接觸器斷開，當(dāng)經(jīng)過無電區(qū)后網(wǎng)壓恢復(fù)正常，牽引系統(tǒng)再次進行預(yù)充電，充電接觸器吸合3s后。采集到一架中間電壓大于采集到的網(wǎng)壓的90%，而采集到的二架中間電壓卻在從欠壓到報充電超時故障有9s一直穩(wěn)定在467V，達不到網(wǎng)壓的90%。此為二架充電超時故障的原因。如圖3。

查看二架充電超時故障時其它車輛數(shù)據(jù)，故障現(xiàn)象都跟426車這個現(xiàn)象一致，中間電壓欠壓及充電超時故障發(fā)生間隔為4秒或8秒，但二架中間電壓一直不變，如圖4所示。

下載DCU故障數(shù)據(jù)查看，在報二架充電超時故障前，都會報一二架的逆變過流故障，解析DCU逆變過流數(shù)據(jù)，列車在過無電區(qū)時，因BHB、BLB斷開，導(dǎo)致網(wǎng)壓和中間電壓持續(xù)下降，但是列車牽引逆變器處于工作狀態(tài)，導(dǎo)致逆變過壓。如圖5所示。

由以上分析可知，此批量性二架充電超時故障，首先過無電區(qū)報中間電壓欠壓，車輛逆變過流，閉合充電接觸器，一架中間電壓跟隨網(wǎng)壓變化，但是二架中間電壓一直保持在一定值上不動，考慮到傳感器的檢測值的波動并且二架充電接觸器也是在閉合狀態(tài)，電壓不變的情況應(yīng)該不是中間電壓的實際情況。所以中間電壓不動的原因可以從外部原因和系統(tǒng)設(shè)計原因去考慮。

根據(jù)設(shè)計邏輯，報兩架的逆變過流故障時，系統(tǒng)會選擇二架記錄MCU2的故障數(shù)據(jù)。

故障記錄期間MCU插件傳輸?shù)碾妷盒盘枙霈F(xiàn)中斷（中間電壓一直不變），由于MCU2處于故障記錄期間的時間過長（十幾秒），其中牽引系統(tǒng)進行合充電接觸器操作時，導(dǎo)致SMC未收到正常的中間電壓而報充電超時故障。聯(lián)系設(shè)計對此問題進行優(yōu)化，對此問題，有幾個不同的解決方案。

①減少線路中的無電區(qū)和無電區(qū)距離，這個涉及到業(yè)主對線路進行整改，且線路相對成熟，不太適宜采用。

②在列車上增加BHB、BLB貫通牽引母線，這樣列車低速過無電區(qū)時，因為母線貫通，網(wǎng)壓不會欠壓，不報逆變過流故障，也就不存在二架中間電壓信號中斷的問題，但此改造方案成本巨大，不適宜采用。

③通過軟件修改減小欠壓保護濾波時間，避免過無電區(qū)時報逆變過流故障，同時在故障記錄未完成時不充電，避免報充電超時故障，此方案更可行。

最終選擇采用方案3，更新優(yōu)化程序進行測試，列車過無電區(qū)時未發(fā)現(xiàn)再有報充電超時故障，且網(wǎng)壓欠壓故障也相對減少了。

3? 結(jié)語

由此故障案例可知，在進行批量故障處理時，需要充分了解故障邏輯并對各大系統(tǒng)有一個充分的了解，否則容易被故障的表現(xiàn)所迷惑，同時需要尋找故障的共同項點，通過對類似項點分析實現(xiàn)故障處理的突破，假如只針對單個故障，糾結(jié)于電壓傳感器，充電回路各個器件的問題去剖析，效果不會很理想。

參考文獻：

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