CRH3型動車組牽引變流器冷卻單元常見故障及檢修方法

李思齊 中國鐵路上海局集團有限公司上海動車段

1 概述

CRH3 型動車組運行過程中，供電線路的交流25 kV, 50 Hz 經過車載主變壓器降壓，牽引變流器斬波、逆變輸入給動車組其他設備。而牽引變流器冷卻單元通過控制冷卻劑的溫度與流量，以防出現過熱過載情況發生，從而保障牽引變流器的平穩運行。

2 牽引變流器冷卻單元的工作原理

（1）冷卻單元正常運行

如圖1 所示，牽引變流器得電→油泵得電→冷卻介質開始循環。

圖1 牽引變流器冷卻單元工作示意圖

（2）冷卻介質循環流程

正常循環：牽引變流器本體→冷卻介質流入冷卻單元主管路→截止閥1、3→油泵→截止閥4→熱交換器→截止閥5→過濾器→截止閥2→冷卻介質流出冷卻單元主管路→牽引變流器本體

（3）冷卻單元各部件的作用

油泵：油泵為牽引變流器冷卻單元的動力部件，分為高低速運行。正常循環時，油泵處于低速狀態，當油泵流入冷卻介質不足時，油泵高速運行：膨脹油箱→冷卻介質流入冷卻單元支管路→油泵。此外，在三級修過程中，當牽引變流器冷卻單元換油、或四級修初次注油后，冷卻單元中含有空氣，冷卻介質中的空氣也會影響冷卻介質對牽引變流器本體的冷卻效果，故需通過油泵運轉，將空氣通過油泵的排氣孔排除。

膨脹油箱：冷卻介質受溫度影響熱脹冷縮。夏季，冷卻介質熱脹，體積增加，導致熱交換器內冷卻介質溢出：熱交換器→冷卻介質流入-冷卻單元支管路→膨脹油箱。當膨脹油箱內冷卻介質過多，壓力增加，達到壓力峰值時，膨脹油箱排放閥打開，排除多余的冷卻介質。冬季，冷卻介質冷縮，體積下降，油泵從主管路流入的冷卻介質不足，膨脹油箱內的冷卻介質需要補償，導致油泵開始高速運行。當膨脹油箱內冷卻介質低于9 L時，膨脹油箱觸發報警；低于5 L時，膨脹油箱截斷供給油泵。

熱交換器；對從牽引變流器本體流入的冷卻介質進行冷卻，降溫降壓。熱交換器采用自然風冷與風機強迫風冷兩種方式。在夏季，冷卻介質熱脹溫度普遍處于高位，風機長期處于高速運行狀態；冬季，風機長期處于低速狀態。

過濾器：冷卻介質經歷壓力變化、溫度變化所產生的雜質會影響冷卻介質的冷卻效果，以及冷卻單元管路內的壓力，密度為100 um的過濾器可有效過濾冷卻單元中雜質。

3 常見故障與實際案例的分析

3.1 常見故障分析

牽引變流器冷卻單元在高級修檢修過程中，分為部件外觀狀態類故障與部件功能性故障。根據故障現象，進行原因分析，并提出排除方法。如表1、表2所示。

3.2 實際案例分析

故障描述：2021 年 7 月9 日，作業人員對 CRH380BL-3780 動車組09 車進行牽引變流器冷卻單元功能試驗時，發現冷卻油泵內部有異音，且冷卻油泵進出口壓力差數值異常只有0.1 bar(工藝標準為0.4 bar～0.8 bar)。

處置措施：初步檢查，確認外觀狀態良好、無漏油等異常現象。將油泵排氣后，異音稍微小一些。根據電氣原理圖排查控制接線盒后，發現是冷卻油泵三相線V 相、W 相接反了所造成的油泵內部電機反轉（圖2），恢復正確接線后，異音完全消除。繼續試驗，進出口壓力差值依然偏小0.2 bar 左右，分析判斷可能受管路內部濾網堵塞（圖3）影響，即將管路中的濾網拆卸，清洗干凈后再試驗，進出口壓力差數值終于恢復為正常的0.69 bar左右，故障消除。

圖2 冷卻油泵控制接線盒內部三相線

圖3 冷卻裝置管路內部濾網堵塞

原因分析：經現場分析判斷，故障主要是因冷卻油泵三相線接反，導致管路中冷卻液回流，以致一部分雜質回流至濾網處引起堵塞，同時也不排除濾網未定期清潔的因素影響。牽引變流器冷卻油泵為冷卻單元重要組成部分，冷卻功能差會導致牽引變流器內部溫度居高不下，最終加劇內部元器件老化，燒損。

此案例，可歸納為常見故障匯總表序號1 中的故障4，以及序號5中的故障1（見表1、表2）。

表1 牽引變流器冷卻單元常見故障表現與處理方法（一）

表2 牽引變流器冷卻單元常見故障表現與處理方法（二）

4 優化建議

以上海動車段為例，2012 年開始進行CRH380B（L）動車組三、四級檢修工作，累計檢修自然組，合計牽引變流器冷卻單元故障共245 件，功能性故障87 件。根據上海動車段CRH380B（L）動車組生產組織安排，牽引變流器冷卻單元生產組織包含：無電檢修、有電檢修、單車與整車試驗。基于牽引變流器冷卻單元工作原理與常見故障分析，結合上海動車段的生產組織，對牽引變流器冷卻單元的三、四級修檢修作業提出以下建議：

4.1 三級修檢修工作

（1）主、支管路檢修

在無電檢修階段，重點檢查管路的接頭是否存在油污附著，是確認管路是否發生漏液的典型標志。檢查管路中的內含濾網，是否存在雜質，是確認冷卻介質是否正常的有效措施。

（2）法蘭盤檢修（狀態修）

在無電檢修階段，重點檢查法蘭盤處是否存在油污附著，是確認法蘭盤是否漏油的典型標志。

（3）油泵檢修（狀態修）

在有電檢修階段，切換油泵高低速運行是否正常，是否存在異音，轉向是否正常。在發生冷卻介質更換時，運行油泵4 h以上，每間隔1 h排氣一次。

（4）膨脹油箱（狀態修）

在無電檢修階段，未發生冷卻介質更換時，夏季，冷卻介質刻度線在中線以下，冬季，冷卻介質刻度線在中線以上，春秋季冷卻介質刻度線在中線左右。發生冷卻介質更換時，冷卻介質中存在空氣，刻度線均處于上限。

4.2 四級修檢修工作

（1）冷卻單元各部件的漏液情況檢修

在整列調試階段，在牽引變流器冷卻單元運行24 h 之后，使用手電檢查各部件是否漏液。

（2）油泵檢修（分解修）

在有電檢修階段，切換高低速運行是否正常，是否存在異音，轉向是否正常，是確認油泵接線是否正常、油泵軸承與組裝作業是否合格的重要手段。油泵正常運轉，手動排氣，確認填充/排放閥是否正常。

（3）冷卻風機檢修（分解修）

在有電檢修階段，切換高低速運行是否正常，是否存在異音，轉向是否正常，是確認冷卻風機接線是否正常、冷卻風機軸承與組裝作業是否合格的重要手段。

（4）膨脹油箱（分解修）

作業方式同三級修。

（5）各溫度傳感器、壓力傳感器檢修

在單車調試階段，使用專用軟件連接牽引變流器本體，檢測各傳感器反饋是否正常，以檢測各傳感器安裝是否良好，本體運行是否良好的重要措施。同時，可有效檢測牽引變流器冷卻介質是否合格，過濾器是否運行良好。

5 結論

牽引變流器冷卻單元是牽引變流器能否正常運行的根本保證。自2012 年上海動車段開展CRH3 型動車組的高級修以來，匯總發現CRH3型動車組三級修遇到的故障，主要是進出口壓力異常、油泵異音、冷卻風扇異音、膨脹油箱液位偏低、冷卻介質有雜質等；而CRH3 型動車組四級修所遇到的，大多為油泵與冷卻風機三相電源線接反所導致的油泵與冷卻風機反轉、冷卻介質中因含有空氣導致的膨脹油箱液位偏低，以及其他部件的狀態性不良等故障。依據牽引變流器的工作原理匯總分析其常見故障，可為牽引變流器冷卻單元的日常檢修與運用提供有力支持。