廣州地鐵A7型車輔助逆變器并網(wǎng)異常故障分析與處理

曾 光

（廣州地鐵集團有限公司運營事業(yè)總部，廣州 510310）

0 引言

輔助逆變系統(tǒng)是地鐵列車比較重要的一個子系統(tǒng)，廣州地鐵某線A7 型電客車輔逆系統(tǒng)采用的是中車株洲時代電氣股份有限公司生產(chǎn)的輔逆系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用推廣應(yīng)用程度較高的并網(wǎng)供電技術(shù)，具有布線簡單、切換控制方便、系統(tǒng)穩(wěn)定的優(yōu)點，而A7型車輔變系統(tǒng)在運用過程中曾出現(xiàn)并網(wǎng)異常的問題。2019 年1 月，A7 型車在正線運行過程中出現(xiàn)單臺SIV短暫性并網(wǎng)異常，故障后又自行恢復(fù)并網(wǎng)供電的情況，對列車正線運營造成了一定的影響。本文旨在通過對A7 型車并網(wǎng)異常故障進行邏輯及故障分析排查，提出并網(wǎng)故障處理及列車控制電路的調(diào)試建議，對同行業(yè)地鐵列車新車調(diào)試及維保具有一定的參考意義。

1 A7型車輔助系統(tǒng)并網(wǎng)控制

1.1 輔助電源系統(tǒng)

列車輔助電源系統(tǒng)是城軌車輛上的一個必不可少的電氣部分，可以為列車空調(diào)、通風(fēng)機、空壓機、蓄電池充電機及照明等輔助系統(tǒng)提供電源[1]。地鐵輔助電源系統(tǒng)供電方式主要包括交叉供電、擴展供電和并網(wǎng)供電[2]。并網(wǎng)供電相比傳統(tǒng)的供電方式,多臺輔助逆變器的并網(wǎng)供電系統(tǒng)冗余性強,大大提高了列車運行的穩(wěn)定性和可靠性,因此并網(wǎng)供電將成為未來的趨勢[3]。該系統(tǒng)下只要任意一臺輔助逆變器處于正常工作狀態(tài)下，且列車供電母線無短路及其他故障情況下，仍可有條件地（視并網(wǎng)狀態(tài)下輔助逆變器數(shù)量決定負載是否相應(yīng)減載）為整車負載提供電力供應(yīng)。

廣州地鐵A7型車輔助逆變器是一套將DC1 500 V高壓電轉(zhuǎn)換為AC380 V、AC220 V 的輔助電源裝置，下文簡稱“SIV”。廣州地鐵A7 型車采用8 節(jié)A 型車編組，配備4 臺SIV 機組，分別分布于1 車、3 車、6車以及8車。SIV系統(tǒng)的運行獨立于牽引系統(tǒng),為保證輔助電源系統(tǒng)的高可用性及通過斷電區(qū)時避免電壓中斷，A7 型車設(shè)置列車DC1 500 V 輔助專用高壓母線，通過高壓輔助母線將列車4臺SIV輸入端并行連接起來，并設(shè)置母線熔斷器進行保護[4]。正常情況時，母線接觸器處于閉合狀態(tài)并且所有的SIV處于并聯(lián)供電模式。當(dāng)發(fā)生母線短路故障時，母線接觸器可以將短路母線進行隔離。

1.2 列車控制與診斷系統(tǒng)

廣州地鐵A7 型車列車控制與診斷系統(tǒng)（以下簡稱“TCMS”）符合IEC61375-1 標(biāo)準(zhǔn)要求,包含列車總線和車輛總線兩級總線結(jié)構(gòu),均采用多功能車輛總線MVB,電氣接口為電氣中距離EMD 介質(zhì),其傳輸速率為1.5 Mbit/s[5]。負責(zé)如下子系統(tǒng)的控制與診斷：車載信號系統(tǒng)、列車牽引系統(tǒng)、列車制動系統(tǒng)、列車輔助系統(tǒng)、列車空調(diào)系統(tǒng)、列車門控系統(tǒng)、乘客綜合信息顯示系統(tǒng)等。

1.3 SIV并網(wǎng)工作原理

A7 型車輔助電源系統(tǒng)包括4 臺SIV 機組，包括4臺SIV 輸出接觸器KMA、中壓母線接觸器KMK1、KMK2、KMK3，列車控制系統(tǒng)與SIV 通過控制KMA及各KMK 的閉合狀態(tài)對整車SIV 機組進行并網(wǎng)輸出控制，系統(tǒng)的詳細工作網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。

圖1 A7型車輔變系統(tǒng)工作網(wǎng)絡(luò)圖

列車控制網(wǎng)絡(luò)正常情況下：SIV 由TCMS 控制，并聯(lián)供電為電客車負載提供三相、單相交流電源。TCMS按順序發(fā)送ACU Start信號（并網(wǎng)啟動指令）至SIV，SIV 自動鎖相成功后完成并聯(lián)供電，具體過程如下。

列車激活，TCMS 啟動，檢測到任意一臺SIV 外部網(wǎng)壓信號大于DC900 V，TCMS 閉合3 個中壓母線接觸器KMK。

列車DC1 500 V 網(wǎng)壓以及SIV DC110 V 控制電源正常時，4臺SIV各自啟動，但輸出接觸器KMA保持斷開，SIV 啟動成功后發(fā)送狀態(tài)好信號“ACU Inter?nal OK”至TCMS。

TCMS 收到至少一個“ACU Internal OK”信號后，TCMS 發(fā)出3 s 脈寬并網(wǎng)啟動指令“ACU Start”（默認向SIV1 發(fā)“ACU Start”，KMA 輸出接觸器閉合），SIV 閉合KMA 后發(fā)送并網(wǎng)成功指令“ACU Bus Active”至TCMS。

TCMS 收到并網(wǎng)成功指令“ACU Bus Active”后停止發(fā)送并網(wǎng)啟動指令“ACU Start”信號。其他3臺SIV 自動同步交流母線電壓完成并網(wǎng)，SIV 閉合輔助接觸器KMA 后發(fā)并網(wǎng)成功指令“ACU Bus Active”至TCMS。

TCMS 根據(jù)SIV 并網(wǎng)成功的指令數(shù)量來決定負載是否減載，當(dāng)收到3 個或以上SIV 并網(wǎng)成功信號時，負載不減載；當(dāng)只收到2個SIV并網(wǎng)成功信號時，減掉一半空調(diào)壓縮機；當(dāng)TCMS 只收到1 個SIV 并網(wǎng)成功信號時，關(guān)閉所有空調(diào)壓縮機，空調(diào)只具備通風(fēng)功能。

列車控制網(wǎng)絡(luò)故障情況下，SIV 與TCMS 通信故障時，SIV 保持原狀態(tài)，母線接觸器KMK 保持閉合，網(wǎng)絡(luò)默認SIV損失并進行相應(yīng)負載減載。當(dāng)列車整車網(wǎng)絡(luò)癱瘓時，所有SIV處于保持狀態(tài)，若網(wǎng)絡(luò)誤發(fā)母線接觸器斷開指令，各臺SIV將一直處于隔離運行模式。A7 型車設(shè)置有緊急牽引模式，該模式下默認列車控制與診斷系統(tǒng)的狀態(tài)為失效，列車牽引制動控制命令以硬線指令為準(zhǔn)，各SIV機組取消并網(wǎng)供電模式，轉(zhuǎn)為獨立供電模式。執(zhí)行該模式轉(zhuǎn)換時，KMK 接觸器斷開，SIV 輸出接觸器KMA 斷開輸出、重啟自檢成功后重新閉合輸出。

2 故障調(diào)查與分析

2.1 故障數(shù)據(jù)分析

2019 年1 月28 日11 點52 分，13C030 車 在沙村下行出現(xiàn)SIV白點，如圖2所示。圖中圖標(biāo)白點表示SIV 已停機，輸出接觸器KMA 斷開；后續(xù)自行恢復(fù)，列車運行正常，車輛屏無任何故障記錄。

圖2 TCMS屏故障圖標(biāo)

下載并分析13C030車SIV數(shù)據(jù)，SIV無相關(guān)故障記錄日志，相關(guān)控制板卡狀態(tài)正常。檢查數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)故障時刻13C030 車SIV 收到緊急運行模式指令，且該指令為周期不定的脈沖，與此同時SIV輸出接觸器KMA 斷開。據(jù)數(shù)據(jù)顯示，11 點43 分，1213C030 車SIV 收到持續(xù)3 s 的脈沖信號，隨即KMA 輸出接觸器斷開。根據(jù)數(shù)據(jù)波形觀察該脈沖信號在每個站點均出現(xiàn)且周期不定，持續(xù)時間不定。脈沖出現(xiàn)頻率大致為2～3 min，多數(shù)脈沖持續(xù)時間均在3 s 以下，僅在出現(xiàn)白點故障時期超過了3 s。如圖3所示。

2.2 故障邏輯分析

TCMS 實時監(jiān)視SIV 發(fā)送的設(shè)備狀態(tài)信息，若SIV收到的CCU生命信號在5個特征周期內(nèi)沒有跳變則認定為通訊故障，對于SIV 參與車輛控制的信號，則TCMS直接用于車輛控制。對于沒有參與車輛控制的信號，如輸入電壓、輸入電流等由TCMS的顯示單元進行顯示，并在事件記錄儀中記錄。

當(dāng)列車收到緊急運行模式指令下，SIV相應(yīng)會收到“SIV隔離”指令，相應(yīng)SIV獨立重啟。根據(jù)SIV內(nèi)部控制邏輯，當(dāng)SIV收到緊急牽引模式信號持續(xù)3 s以上有效后，再檢測到緊急牽引模式信號的下降沿則會斷開KMA（輸出接觸器），重啟SIV后等待網(wǎng)絡(luò)的并網(wǎng)指令或者檢測中壓母線有電則會自動鎖相再重新閉合輸出接觸器KMA。

根據(jù)TCMS 與SIV 的通訊協(xié)議，SIV 在內(nèi)部輸出電壓正常且輸出接觸器KMA 吸合狀態(tài)下，發(fā)送并網(wǎng)成功指令“ACU Bus Active”=1給CCU，CCU根據(jù)此信號判斷SIV 是否正常工作并輸出[6]。若CCU 判斷SIV 正常輸出時則在車輛屏上將SIV 圖標(biāo)點綠。當(dāng)SIV 輸出接觸器KMA 斷開后，SIV 發(fā)送并網(wǎng)成功指令“ACU Bus Active”=0 至CCU，CCU 判斷SIV 未正常輸出，于是在顯示屏上SIV 圖變?yōu)榘咨Ｈ鐖D4 所示。

2.3 故障原因查找

查閱SIV電氣控制原理圖，13C030車SIV 緊急牽引模式指令線EmdMode（線號73B5），該線從SIV：X401：6端子處引出，引至車下低壓分線箱CJB5/ST1線排24C接線端子，相關(guān)控制原理圖如圖5～6所示。

圖3 緊急牽引指令脈沖

圖4 TCMS界面圖標(biāo)定義

拆解13C030 車低壓分線箱進行校核檢查時發(fā)現(xiàn)13C030 車SIV 緊急牽引模式線號73B5 正確安裝位置應(yīng)為CJB5/ST1/24C，但實際插在相鄰接線排CJB5/ST2/24C。線排位置及原理圖如圖7～8 所示，其中CJB5/ST2/24端子排為關(guān)右門列車線D32。

3 SIV并網(wǎng)異常故障原因

根據(jù)以上故障查找結(jié)果，13C030 車SIV 緊急牽引模式線誤接到了關(guān)右門列車線上，導(dǎo)致在操作關(guān)右門時就會輸出緊急牽引模式指令至13C030 車SIV中隔離指令中。當(dāng)關(guān)右門的指令時間維持3 s 以上時，SIV 認為此信號有效，則斷開KMA（輸出接觸器），TCMS 顯示其圖標(biāo)白色。由于正常操作時按壓開關(guān)門按鈕時間為2 s，因此在日常的正常操作過程中無法發(fā)現(xiàn)此問題。現(xiàn)場通過改變按壓關(guān)門按鈕的時長模擬該故障，當(dāng)按壓關(guān)門按鈕持續(xù)3 s 以上時，故障得以復(fù)現(xiàn)，因此確認故障原因為緊急牽引模式指令控制線發(fā)生異常串電導(dǎo)致SIV從并網(wǎng)模式誤切換至獨立運行模式。

4 結(jié)束語

圖5 緊急牽引指令線原理圖

圖6 SIV控制原理圖

圖7 關(guān)門列車線原理圖

圖8 線排配線圖

列車輔助電源系統(tǒng)是列車安全運行的關(guān)鍵系統(tǒng)，其安全可靠的控制電路是保證列車運營安全的重大保障。為排除列車輔助電源系統(tǒng)并網(wǎng)異常的故障隱患，已針對性地制定排查方案，對所有A7 型車進行了專項檢查，未再次發(fā)現(xiàn)此類故障。由于此故障具有一定的隱蔽性，常規(guī)檢修過程中難以發(fā)現(xiàn)，因此在地鐵列車新車調(diào)試期間需詳細對照列車原理圖、配線表對列車控制系統(tǒng)所有接線端子排、按鈕、繼電器的點位接線進行校對，消除裝配期間人為操作失誤造成的未知隱患。同時作為地鐵的運用維保單位也需觸類旁通，多借鑒行業(yè)經(jīng)驗并加強學(xué)習(xí)，培養(yǎng)檢修人員的發(fā)散性思維，持續(xù)性地開展好地鐵車輛控制電路的隱患排查及故障隱患整治工作，深入鉆研不拘泥于表象。