地鐵車(chē)輛輔助逆變器工作原理及典型故障處理探究

張偉

摘要：本文主要分析了輔助逆變器工作原理，重點(diǎn)介紹了輔助逆變器典型故障、原因及整改效果，它不僅可以降低各類(lèi)故障的發(fā)生率，而且還能夠充分發(fā)揮輔助逆變器工作性能，進(jìn)而提高地鐵車(chē)輛運(yùn)行效率。通過(guò)對(duì)輔助逆變器工作原理及典型故障進(jìn)行分析，以期為地鐵車(chē)輛的安全運(yùn)行提供可靠保障，創(chuàng)造出最大化的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：地鐵車(chē)輛;輔助逆變器;原理;典型故障;整改效果

1.輔助逆變器工作原理

在地鐵車(chē)輛運(yùn)行中，輔助逆變器一般是通過(guò)高壓母線為列車(chē)運(yùn)行提供所需電源。通常情況下，輔助逆變器主要是由輔助隔離開(kāi)關(guān)箱、輔助電源裝置、擴(kuò)展供電箱和輔助熔斷器等部分構(gòu)成。圖1描述的是輔助逆變器工作原理。列車(chē)獲取高壓后，將會(huì)通過(guò)直流濾波電路將線網(wǎng)中存在的干擾諧波濾除掉，再通過(guò)輔助逆變器轉(zhuǎn)化為準(zhǔn)正弦波，并通過(guò)交流濾波器濾波后，流經(jīng)工頻變壓器后獲取3相AC380V電壓。

2.輔助逆變器典型故障及整改效果

2.1絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）故障

2.1.1故障描述

在地鐵車(chē)輛輔助逆變器運(yùn)行過(guò)程中，由于IGBT故障的出現(xiàn)，將會(huì)導(dǎo)致該模塊停止工作，并在人機(jī)界面上發(fā)出報(bào)警，其常見(jiàn)的表現(xiàn)是空壓機(jī)無(wú)法打風(fēng)，從而導(dǎo)致車(chē)用空調(diào)無(wú)法正常運(yùn)行，嚴(yán)重影響了地鐵車(chē)輛的行駛速度。

2.1.2原因分析

通過(guò)對(duì)IGBT故障進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，輔助逆變器三相輸出存在異常，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)所有IGBT外觀進(jìn)行檢查未見(jiàn)異常，但是控制電源接通后，脈沖分配板A相上下管故障燈出現(xiàn)紅燈。隨后繼續(xù)對(duì)三相的IGBT驅(qū)動(dòng)線測(cè)試，結(jié)果得知A相上管驅(qū)動(dòng)板的GE極存在短路問(wèn)題，此時(shí)對(duì)模塊進(jìn)行解體后對(duì)所有IGBT實(shí)時(shí)靜態(tài)測(cè)量，測(cè)量結(jié)果發(fā)現(xiàn)A相上管IGBT損壞，進(jìn)而誘發(fā)元件內(nèi)部形成短路。如果導(dǎo)通A相下管IGBT時(shí)，因?yàn)锳相上管IGBT出現(xiàn)短路，將會(huì)出現(xiàn)上下管直通現(xiàn)象，此時(shí)下管產(chǎn)生保護(hù)，并且報(bào)出A相下管保護(hù)故障。實(shí)際上，誘發(fā)IGBT故障的原因多為工作環(huán)境散熱不良、溫度過(guò)高所致。

2.1.3整改效果

為了使上述IGBT故障得到有效解決，輔助逆變器一般會(huì)選擇強(qiáng)迫風(fēng)冷結(jié)構(gòu)，在其正常工作狀態(tài)下，經(jīng)進(jìn)風(fēng)口借助風(fēng)機(jī)將濾網(wǎng)熱量抽走，以達(dá)到散熱的效果。根據(jù)相關(guān)調(diào)查與統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，IGBT故障多出現(xiàn)在每年4-6月份，主要是因?yàn)樵摃r(shí)間段內(nèi)空氣中楊絮、柳絮較多，導(dǎo)致濾網(wǎng)出現(xiàn)嚴(yán)重堵塞問(wèn)題。前期濾網(wǎng)一般是整體結(jié)構(gòu)，不僅清潔耗時(shí)，而且效果不理想。為了解決該問(wèn)題，可以選擇濾芯與濾網(wǎng)外層分離結(jié)構(gòu)，并借助鎖扣直接將濾網(wǎng)外層拆除，以確保濾芯清潔工作的順利進(jìn)行，不僅耗時(shí)短，而且效果良好，IGBT故障得到了很好的解決。

2.2逆變器溫度過(guò)高故障

2.2.1故障描述

在輔助逆變器工作階段，如果其內(nèi)部IGBT周?chē)鸁崦綦娮铏z測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)溫度超過(guò)85℃時(shí)，將會(huì)判定動(dòng)力單元溫度上升，進(jìn)而出現(xiàn)逆變器溫度過(guò)高故障。在輔助逆變器正常運(yùn)行過(guò)程中，該故障可以系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位，如果輔助逆變器重啟60s內(nèi)仍然出現(xiàn)該故障，則需要按壓VVVF/SIV復(fù)位開(kāi)關(guān)來(lái)給予解決。

2.2.2原因分析

逆變器溫度過(guò)高屬于常見(jiàn)，且復(fù)雜的故障保護(hù)，其具體原因如下：（1）軟件出現(xiàn)異常，致使故障后無(wú)法有效啟動(dòng);（2）環(huán)境因素致使過(guò)溫狀態(tài)無(wú)法得到有效恢復(fù);（3）溫度采樣硬件電路存在異常，致使過(guò)溫狀態(tài)無(wú)法及時(shí)恢復(fù)。

在對(duì)逆變器溫度過(guò)高故障進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，因?yàn)榭刂栖浖?duì)自動(dòng)復(fù)位信號(hào)與手動(dòng)復(fù)位信號(hào)的邏輯處理出現(xiàn)問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)致初次逆變器溫度過(guò)高無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)復(fù)位，此時(shí)通過(guò)按壓VVVF/SIV復(fù)位開(kāi)關(guān)時(shí)，故障也未得到解決。

2.2.3整改效果

（1）當(dāng)出現(xiàn)過(guò)溫故障時(shí)，如果無(wú)法重新啟動(dòng)，司機(jī)可以將SIV控制空氣開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，并進(jìn)行復(fù)位，以達(dá)到重啟輔助逆變器的目的;（2）在軟件更新時(shí)，可以先選擇部分車(chē)輛進(jìn)行刷新，并對(duì)關(guān)鍵運(yùn)行效果進(jìn)行跟蹤，確定未見(jiàn)異常后再更新其他車(chē)輛的軟件;（3）對(duì)軟件存在的漏洞進(jìn)行修改，并選擇手動(dòng)復(fù)位優(yōu)先，以確保在需要自動(dòng)復(fù)位時(shí)，可以通過(guò)手動(dòng)復(fù)位來(lái)正常啟動(dòng)輔助變流器。

2.3相電流不平衡故障

2.3.1故障描述

該故障發(fā)生時(shí)的判定標(biāo)準(zhǔn)或檢測(cè)條件為：在輔助逆變器正常工作階段，通過(guò)電流傳感器控制單可以實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變器輸出電流值的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)檢測(cè)，如果發(fā)現(xiàn)相間電流差大于50A時(shí)，則可以判定為相電流不平衡，此時(shí)需要將IvLB和IvHB斷開(kāi)，以達(dá)到保護(hù)主電路的目的。

2.3.2原因分析

相電流不平衡故障涉及的故障現(xiàn)象和原因較多，通過(guò)對(duì)可能誘發(fā)故障的部位進(jìn)行一一檢查，最終發(fā)現(xiàn)交流濾波電容器（ACC）電容容量嚴(yán)重衰竭是誘發(fā)的主要原因。通常情況下，因?yàn)锳CC電容屬于交流濾波電容，其不僅能夠?qū)⒏哳l諧波濾掉，從而輸出正弦波的電壓，而且還可以平衡相間電壓，因?yàn)樵撾娙葜写嬖?個(gè)電容器，一旦某個(gè)電容器出現(xiàn)問(wèn)題，將會(huì)誘發(fā)三相電壓失衡，進(jìn)而出現(xiàn)相電流不平衡故障。

2.3.3整改措施

（1）對(duì)故障車(chē)ACC電容進(jìn)行更換，并開(kāi)展高壓加載驗(yàn)證及空級(jí)試驗(yàn)，功能良好;（2）結(jié)合故障特點(diǎn)和各類(lèi)修程，來(lái)對(duì)車(chē)輛輔助逆變器ACC電容貼溫度進(jìn)行檢查，如果超過(guò)70℃時(shí)，則需要對(duì)其進(jìn)行更換。

3.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，輔助逆變器是地鐵車(chē)輛中比較關(guān)鍵的組成部分，此時(shí)需要在了解其工作原理的基礎(chǔ)上，對(duì)典型故障進(jìn)行分析和處理，以此來(lái)更好的發(fā)揮輔助逆變器性能，提高地鐵車(chē)輛運(yùn)行效率。

參考文獻(xiàn)：

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