CRH1 型動(dòng)車組網(wǎng)側(cè)功率失衡故障原因分析

袁 曉

（青島四方龐巴迪鐵路運(yùn)輸設(shè)備有限公司，山東青島 266000）

1 CRH1 型動(dòng)車組網(wǎng)側(cè)功率

1.1 CRH1 型動(dòng)車組高壓牽引系統(tǒng)概述

CRH1 型動(dòng)車組按編組方式分為兩種類型，16 節(jié)長(zhǎng)編組，采用10 節(jié)動(dòng)力車廂和6 節(jié)無動(dòng)力拖車分布；8 節(jié)短編組采用5節(jié)動(dòng)力車廂和3 節(jié)拖車分布，長(zhǎng)編組車型高壓系統(tǒng)每半列車使用一套獨(dú)立的子系統(tǒng)。8、9 車之間無任何高壓連接。

CRH1 型長(zhǎng)編動(dòng)車組每半列僅有一個(gè)受電弓升起，當(dāng)動(dòng)車組升弓后，由受電弓向接觸網(wǎng)取流，網(wǎng)側(cè)電能經(jīng)CT（電流互感器），LCBT（主斷路器）后到達(dá)MT（主變壓器），經(jīng)MT 將網(wǎng)側(cè)電壓27.5 kV 變?yōu)?02 V 輸出給相鄰動(dòng)車的LCM（網(wǎng)側(cè)變流器模塊），每列動(dòng)車設(shè)有一個(gè)LCM，負(fù)責(zé)將902 V 的交流電整流為1650 V 直流電，與直流環(huán)節(jié)相連的2 個(gè)MCM（電機(jī)變流器模塊）將直流電根據(jù)車速的需求逆變?yōu)榭勺冾l變壓的三相交流電，用以對(duì)電機(jī)速度進(jìn)行控制來實(shí)現(xiàn)動(dòng)車組的電力牽引。

1.2 CRH1 型動(dòng)車組網(wǎng)側(cè)功率

根據(jù)CRH1 型動(dòng)車高壓系統(tǒng)電氣部件的位置設(shè)計(jì)，1～3 車為第一個(gè)牽引單元組，4～5 車為第二個(gè)牽引單元組，6～8 車為第三個(gè)牽引單元組，在每一個(gè)單元組內(nèi)主變壓器的上游，受電弓下游設(shè)有一個(gè)電壓互感器（圖1 中位置號(hào)R.T2），用于檢測(cè)輸入到主變壓器內(nèi)部的電壓值，主變壓器一次側(cè)設(shè)有一個(gè)電流互感器（圖1中位置號(hào)U9.T1.3），用于檢測(cè)輸入到主變壓器內(nèi)部的電流值。

圖1 CRH1 型動(dòng)車高壓系統(tǒng)

電壓互感器（R.T2）及電流互感器（U9.T1.3）將其測(cè)得的值電壓值（U）、電流值（I）反饋給相鄰動(dòng)車的LCM，由LCM 內(nèi)部的控制單元（DCU/L）計(jì)算出由接觸網(wǎng)輸入到單元組的功率，并將此功率發(fā)送給本動(dòng)車的PCU（牽引控制單元），由PCU 發(fā)送給動(dòng)車組TC-CCU（列車中央控制單元）進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，由于是接觸網(wǎng)側(cè)直接輸入給動(dòng)車組高壓系統(tǒng)一次側(cè)的功率，也稱為網(wǎng)側(cè)功率。

作為主變壓器的負(fù)載，主變壓器二次側(cè)連接到兩個(gè)相鄰動(dòng)車組的LCM，負(fù)責(zé)將主變壓器二次側(cè)的交流電整流為直流電，車上的負(fù)載可以根據(jù)不同的交流電壓等級(jí)，將直流電能變?yōu)榉弦蟮娜嘟涣麟娔苁褂谩６噜弰?dòng)車的LCM 作為主變壓器二次側(cè)的負(fù)載，其內(nèi)部在直流環(huán)節(jié)設(shè)置有電壓互感器和電流互感器，并將其檢測(cè)到的數(shù)值發(fā)送到LCM 內(nèi)部的控制單元（DCU/L），由DCU/L 計(jì)算出每個(gè)動(dòng)車LCM 模塊的輸出功率，并將其發(fā)送給本車的PCU，之后由PCU 將此數(shù)值發(fā)送給動(dòng)車組TC-CCU 進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，根據(jù)電氣原理圖，LCM 是主變壓器二次側(cè)直接連接的唯一負(fù)載，LCM 模塊的輸出功率也就是主變壓器二次側(cè)的輸出功率。

根據(jù)功率平衡定律，在任一電路中，產(chǎn)生的功率和消耗的功率相等，因此針對(duì)主變壓器，輸入主變壓器一次側(cè)的功率和連接主變壓器二次側(cè)的LCM 模塊輸出功率應(yīng)該相等，當(dāng)這其中某一環(huán)節(jié)的功率出現(xiàn)降低或者損失的時(shí)候，會(huì)造成網(wǎng)側(cè)的功率不平衡。

1.3 CRH1 型動(dòng)車組網(wǎng)側(cè)功率失衡的危害

功率作為衡量電路系統(tǒng)中供電質(zhì)量的一個(gè)重要參數(shù)，當(dāng)電路中真實(shí)存在輸入功率和輸出功率不平衡的時(shí)候，必然有一部分功率消耗在電路中的其他元器件上，例如電路中線路短路或者斷路，元器件工作異常等，均會(huì)造成高壓系統(tǒng)供電故障。當(dāng)動(dòng)車組中發(fā)生網(wǎng)側(cè)功率不平衡時(shí)，主變壓器和LCM 作為被檢測(cè)對(duì)象，其內(nèi)部損耗就會(huì)變大，異常消耗在主變壓器內(nèi)部的電能和LCM 內(nèi)部的電能嚴(yán)重影響高壓部件內(nèi)部的使用壽命，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成主變壓器內(nèi)部故障或者LCM 內(nèi)部電氣元件損害不能正常使用，動(dòng)車組牽引動(dòng)力受限，使得動(dòng)車組不得不切除該主變壓器動(dòng)力單元，動(dòng)車組降速運(yùn)行。

2 CRH1 型動(dòng)車組網(wǎng)側(cè)功率失衡故障分析

2.1 CRH1 型動(dòng)車組網(wǎng)側(cè)功率判斷邏輯

根據(jù)圖2 網(wǎng)側(cè)功率失衡故障的報(bào)出邏輯，在相鄰兩個(gè)動(dòng)車PCU 和TC-CCU 通信正常以及動(dòng)車LCM 在工作的情況下，當(dāng)主變壓器一次側(cè)的網(wǎng)側(cè)功率HTXPOW 和相鄰兩個(gè)動(dòng)車的LCM功率之和（HTXLPOW1 和HTXLPOW2 之和）相差大于300 kW超過20 s 之后，車組隨即報(bào)出網(wǎng)側(cè)功率失衡相關(guān)故障，根據(jù)其計(jì)算原理，分析出現(xiàn)該故障的原因有以下3 個(gè)：①其中有1 臺(tái)LCM（網(wǎng)側(cè)變流器模塊）故障，不能正常將主變二次側(cè)的電能整流轉(zhuǎn)變成電壓等級(jí)1650 V 直流電能，造成LCM 內(nèi)部計(jì)算的功率降低；②高壓電路、主變壓器及其次邊繞組和LCM 之間的電路故障，導(dǎo)致電能不能正常在高壓部件之間傳遞；③電壓互感器、電流互感器以及其接線故障，動(dòng)車組不能正常檢測(cè)到電壓和電流值，導(dǎo)致計(jì)算出錯(cuò)誤的功率值。

圖2 網(wǎng)側(cè)功率失衡的軟件邏輯

2.2 功率失衡故障原因的查找方法

由于CRH1 型動(dòng)車組采用網(wǎng)絡(luò)控制以及計(jì)算，動(dòng)車的LCM控制單元均是將其數(shù)據(jù)發(fā)送給每個(gè)動(dòng)車的PCU，由PCU 直接和動(dòng)車組中央控制單元TC-CCU 進(jìn)行通信，當(dāng)車組報(bào)出網(wǎng)側(cè)功率失衡的相關(guān)故障后，需要登錄對(duì)應(yīng)動(dòng)車的PCU，實(shí)時(shí)監(jiān)控主變一次側(cè)的輸入功率，以及相鄰兩個(gè)動(dòng)車LCM 的輸出功率，來判斷故障點(diǎn)，具體方法和判斷原則如下：

（1）使用個(gè)人電腦CRH1 型動(dòng)車組維護(hù)軟件DCUTerm 連接本單元組的兩個(gè)PCU 單元，分別加載如下信號(hào)：POWCAR（主變一次側(cè)功率），POWL（LCM 輸出功率），UL（主變一次側(cè)電壓），IL（主變一次側(cè)電流），實(shí)時(shí)監(jiān)控網(wǎng)側(cè)功率和LCM 的輸出功率。

（2）查看監(jiān)控到的數(shù)值是否異常，相鄰兩個(gè)動(dòng)車的LCM 功率（POWL）之和約等于主變一次側(cè)功率（POWCAR），且網(wǎng)側(cè)電壓信號(hào)（UL），網(wǎng)側(cè)電流信號(hào)（IL）均有示數(shù)，根據(jù)功率平衡定律，輸入主變一次側(cè)的功率（POWCAR）信號(hào)應(yīng)該大于任意一個(gè)動(dòng)車LCM 的功率信號(hào)（POWL）。

（3）由于動(dòng)車組消耗的功率與動(dòng)車組在不同的牽引力、制動(dòng)力、車上用電設(shè)備啟動(dòng)與否等工作狀態(tài)有關(guān)、可以采用對(duì)比的方法，即通過監(jiān)控配置相同的單元組功率信號(hào)來判斷，如果對(duì)比監(jiān)控到的信號(hào)發(fā)現(xiàn)有一個(gè)動(dòng)車的POWL 信號(hào)明顯小于正常車的功率，其他信號(hào)對(duì)比無異常，則重點(diǎn)檢查該動(dòng)車的LCM 模塊、高壓線路有無異常放電情況，若線路無異常，則需更換該動(dòng)車的LCM 模塊。

（4）如果信號(hào)中主變一次側(cè)的輸入功率（POWCAR）小于或者遠(yuǎn)大于兩個(gè)動(dòng)車的LCM 功率之和，由于POWCAR 信號(hào)是根據(jù)UL 和IL 計(jì)算出的，其存在異常定會(huì)伴隨著UL 和IL 信號(hào)的異常，此時(shí)需查看網(wǎng)側(cè)電壓信號(hào)是否在正常值27.5 kV 左右以及網(wǎng)側(cè)電流信號(hào)是否有讀數(shù)，如果UL 信號(hào)不在網(wǎng)側(cè)電壓的額定值范圍內(nèi)，則需要根據(jù)電路圖檢查網(wǎng)側(cè)電壓互感器到DCU/L 之間的接線，接線無異常的情況下嘗試更換電壓互感器，如果IL信號(hào)無有效的示數(shù)，則需要檢查主變一次側(cè)電流互感器到DCU/L 之間的接線，接線無異常的情況下，需考慮更換主變內(nèi)部電流互感器。

3 總結(jié)

在日常對(duì)此類的故障進(jìn)行分析時(shí)，首先根據(jù)功率平衡定律以及同配置單元組同工況下功率約等的原則，對(duì)動(dòng)車組內(nèi)部檢測(cè)出來的各部件功率信號(hào)進(jìn)行分析比對(duì)，發(fā)現(xiàn)有部件功率信號(hào)存在異常后，根據(jù)檢測(cè)功率的原理，梳理各部件的電氣原理圖，對(duì)涉及到的電氣元件和電氣線路進(jìn)行逐一排查，在故障排查時(shí)需要保持耐心，認(rèn)真仔細(xì)的心態(tài)，對(duì)存在故障的電氣元件和線路應(yīng)盡早采取措施處理，使故障消除，保證動(dòng)車組正常運(yùn)行。