CRH2A輔助電源裝置（APU）的故障分析及對策

張 青 上海鐵路局上海動車客車段

隨著動車開行數(shù)量的不斷增加，運行速度的不斷提高，動車運行途中輔助電源裝置（APU）的故障也呈上升趨勢，已成為影響動車組安全正點運行的重要故障。輔助電源裝置（APU）是動車組的關(guān)鍵部件之一，其所起的作用相當(dāng)于輔助供電系統(tǒng)，其運行品質(zhì)的好壞，不僅會影響車內(nèi)許多用電設(shè)備的正常使用，而且也會嚴(yán)重影響到鐵路動車組列車的運行安全。

1 輔助電源裝置的功能

CRH2A全車由8節(jié)組成(4動4拖)，共有2臺輔助電源裝置(APU)，分別設(shè)置在1號車和8號車。輔助電源裝置APU的作用是為除牽引電機(jī)以外的輔助系統(tǒng)提供電源，從輔助電源裝置輸出4路交流和1路直流電源(見圖1)。

圖1 電源系統(tǒng)示意圖

1.1 單相100 V不穩(wěn)定電源系統(tǒng)

單相100 V不穩(wěn)定電源系統(tǒng)從牽引變壓器的輔助繞組取電，通過輸入變壓器與輔助變壓器（ATr）降壓，給熱水器的加熱器等容許電壓變動的設(shè)備供電。

輔助繞組輸出的單相400 V交流電供給APU進(jìn)行整流，經(jīng)過APU的輸入濾波器、整流器、中間直流環(huán)節(jié)、三相PWM逆變器以及輸出濾波器，得到穩(wěn)定的400 V/50 Hz三相交流電源系統(tǒng)，給牽引變壓器、牽引變流器、牽引電機(jī)的風(fēng)機(jī)、電開水爐等供電。

1.3 單相100 V穩(wěn)定電源系統(tǒng)

三相400 V穩(wěn)定電源系統(tǒng)通過單相變壓器(Tr3)輸出單相100 V穩(wěn)定電源系統(tǒng)，給空調(diào)控制、顯示器、上水裝置等供電。

1.4 單相220 V穩(wěn)定電源系統(tǒng)

三相400 V穩(wěn)定電源系統(tǒng)通過單相變壓器(Tr4)輸出單相220 V穩(wěn)定電源系統(tǒng)，給車廂內(nèi)插座、小賣部設(shè)備、自動售貨機(jī)、熱水供應(yīng)器控制等供電。

1.5 直流100 V穩(wěn)定電源系統(tǒng)

輔助整流器(ARf)也與三相400 V穩(wěn)定電源系統(tǒng)相連，經(jīng)過整流得到直流100 V穩(wěn)定電源系統(tǒng)，給車輛的控制電源、車廂照明、蓄電池等設(shè)備供電。

2 APU故障處理實例

例1：2008年6月6日～8日動車組CRH2012A 1號車的APU功率單元因為過熱保護(hù)，造成輔助電源復(fù)位后無法工作。為保證動車組運行正常，對1號車APU進(jìn)行切除，使用BKK擴(kuò)展供電來維持1號車APU供電單元設(shè)備工作。

處理措施：動車組入庫后更換APU繼電器模塊、控制基板、IGBT模塊后實驗正常。

例 2：2009年 6月 20日，上海局擔(dān)當(dāng)?shù)?D5423次（2008A+2017A）進(jìn)上海站時，2008 01報輔助電源裝置故障（故障代碼135），隨車機(jī)械師將2008 01車APUCN空開斷開5 s再投入，司機(jī)RS復(fù)位，故障未恢復(fù)。MON又報2008 00車輔助電源裝置故障（故障代碼135），隨車機(jī)械師將2008 00車APUCN空開斷開5 s再投入，司機(jī)RS復(fù)位，故障未恢復(fù)。到站后司機(jī)進(jìn)行換端作業(yè)，隨車機(jī)械師到2008 01車，司機(jī)稱2008A的2個VCB未閉合，隨車機(jī)械師通過MON確認(rèn)2008A的2個VCB已閉合，只是2008A的2個APU因故障未投入。隨車機(jī)械師再次將01車、00車APUCN斷開再投入和斷開5車電茶爐空開，司機(jī)RS復(fù)位，故障仍未恢復(fù)。隨車機(jī)械師要求司機(jī)降弓斷電大復(fù)位，復(fù)位后00車APU恢復(fù)，01車未恢復(fù)，司機(jī)閉合BKK進(jìn)行擴(kuò)展供電。

處理措施：動車入庫后，所組織人員對其輔助電源裝置進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)輔助電源裝置濾網(wǎng)較干凈，散熱器外側(cè)無雜物，使用高壓風(fēng)對散熱器進(jìn)行吹掃發(fā)現(xiàn)灰塵較多。按四方股份提供的作業(yè)指導(dǎo)書，檢修人員對功率模塊散熱器進(jìn)行了吹掃（該作業(yè)前期未明確要求），發(fā)現(xiàn)積灰較多，堵塞了散熱風(fēng)道，導(dǎo)致輔助電源裝置超溫保護(hù)。清灰處理故障后，APU工作正常。

例 3：2010年 1月 29日，上海局擔(dān)當(dāng)?shù)?D5459次（2023A+2019A）運行至蘇州站報2023 00車輔助電源故障（故障代碼135），RS復(fù)位無效。隨車機(jī)械師斷開輔助電源控制裝置及輔助電源控制器兩個空開后重新投入無效，檢查發(fā)現(xiàn)5車電茶爐進(jìn)水管有漏水現(xiàn)象，斷開5車電茶爐空開后，2023 08車APU故障消除，后續(xù)交路運行正常。通知司機(jī)進(jìn)行BKK遠(yuǎn)程擴(kuò)展供電。

處理措施：動車入庫后，檢修人員發(fā)現(xiàn)2023 05車電茶爐水箱電磁閥前端波紋管接頭墊片開裂，直接導(dǎo)致電茶爐漏水，滲出的水珠滴在加熱器的AC400 V電源接頭上，進(jìn)而導(dǎo)致APU故障。更換密封圈，APU工作正常。

3 APU故障原因的歸納分析

輔助電源裝置的故障保護(hù)功能有輸入過電流、變流器過壓、變流器過流、變流器過載、輸出過壓、輸出低電壓、檢測接地、輸出短路保護(hù)等，因此輔助電源裝置的故障往往是由于APU的故障保護(hù)產(chǎn)生的。

根據(jù)案例分析，輔助電源裝置的故障可分為兩大類，一類故障是由于負(fù)載設(shè)備故障或負(fù)載設(shè)備短路造成的，如負(fù)載設(shè)備絕緣不良，有漏電流存在等等。另一類的故障是由于輔助電源裝置APU自身故障造成的，如由于動車組運行線路環(huán)境比較差，造成APU冷卻系統(tǒng)堵塞、冷卻不良或APU內(nèi)部模塊單元存在質(zhì)量問題或燒損等。

4 APU故障途中應(yīng)急處理

4.1 APU故障排查方法

在動車組上安裝有2臺輔助電源裝置，一臺輔助電源裝置供給4節(jié)車廂所需輔助用電。當(dāng)一臺輔助電源裝置發(fā)生故障時，另一臺正常運轉(zhuǎn)的輔助電源裝置能夠向8節(jié)車廂供電（設(shè)置了用于切換的擴(kuò)展供電回路）。輔助電源裝置的輸出容量的設(shè)計能夠在故障時用一臺正常運轉(zhuǎn)的輔助電源裝置向整列車供電。因此，當(dāng)一臺輔助電源裝置故障時無需減少負(fù)荷。但是，BKK擴(kuò)展供電只是對用于車下通風(fēng)冷卻系統(tǒng)的三相交流400V電源進(jìn)行擴(kuò)展供電，當(dāng)由于輔助電源裝置某些負(fù)載設(shè)備發(fā)生故障時，為不影響其他設(shè)備的使用，我們可以使用排除法查找故障負(fù)載，將其切斷以保證其他設(shè)備的正常工作。

（1）若【輔助電源裝置交流電源1NFB】ACVN1跳閘，檢查穩(wěn)壓AC100 V的負(fù)載（空調(diào)控制、上水裝置、顯示器、輔助制動、空氣清潔器、廣播裝置等）。到故障車的運行配電盤，重新投入【輔助電源裝置交流電源1NFB】ACVN1，通過MON，確認(rèn)故障恢復(fù)情況。若恢復(fù)，正常運行。若無法恢復(fù)，全部斷開該車故障用電設(shè)備的NFB。再次閉合ACVN1，然后逐一閉合后續(xù)用電設(shè)備。待ACVN1再次跳閘，切除相應(yīng)故障用電設(shè)備，閉合ACVN1。

（2）若【輔助電源裝置交流電源 2NFB】（ACVN2）跳閘，檢查AC220 V電源的負(fù)載（插座、餐車用電設(shè)備等）。到故障車的運行配電盤，重新投入【輔助電源裝置交流電源2NFB】ACVN2，通過MON，確認(rèn)故障恢復(fù)情況。若恢復(fù)，正常運行。若無法恢復(fù)，全部斷開該車故障用電設(shè)備的NFB。再次閉合ACVN2，然后逐一閉合后續(xù)用電設(shè)備。待ACVN2再次跳閘，切除相應(yīng)故障用電設(shè)備，閉合ACVN2。

（3）若【輔助變壓器NFB】（ATN）跳閘，檢查不穩(wěn)壓 AC100 V用電設(shè)備（輔助加熱器、保溫、水泵、自動洗面臺、玻璃加熱器等）；到故障車的運行配電盤，重新投入【輔助變壓器NFB】（ATN），通過MON，確認(rèn)故障恢復(fù)情況。若恢復(fù)，正常運行。若無法恢復(fù)，全部斷開該車故障用電設(shè)備的NFB。再次投入輔助變壓器NFB（ATN），然后逐一閉合后續(xù)用電設(shè)備。待ATN再次跳閘，切除相應(yīng)故障用電設(shè)備，閉合ATN。

（4）若輔助電源裝置報故障，MON電源電壓頁面三相AC 400 V有殘余電壓，則需檢查三相AC400 V用電設(shè)備（電茶爐和車下設(shè)備冷卻用通風(fēng)機(jī)）。

（5）若是輔助電源裝置自身的故障，則需斷開【輔助電源裝置控制NFB】（APUCN）進(jìn)行BKK擴(kuò)展供電，此時，需確認(rèn)本單元的三相AC400V用電設(shè)備無故障，否則即使進(jìn)行BKK擴(kuò)展供電仍然可能會使APU停機(jī)。

4.2 途中應(yīng)急處理方法

動車組機(jī)械師在途中的應(yīng)急處理需根據(jù)實際情況區(qū)分是哪一類的故障保護(hù)。如果由于APU負(fù)載設(shè)備的故障或短路造成的，應(yīng)找到故障設(shè)備進(jìn)行修復(fù)，途中不能修復(fù)的應(yīng)將其切斷，確保其它設(shè)備的正常運行。如果是由于APU自身故障造成的APU故障保護(hù)，復(fù)位后無法恢復(fù)的，則需切除故障APU，進(jìn)行擴(kuò)展供電，維持運行。

5 入庫診斷及處理

APU隨著工作時間的延長或氣溫升高，故障發(fā)生的幾率越大，往往動車組回庫后經(jīng)過一段時間的冷卻，故障有可能會自動消失，這樣容易造成我們在發(fā)生故障后入庫檢修時卻發(fā)現(xiàn)工作正常的情況，這時我們就要通過其他途徑來查找和消除故障。

（1）通過故障數(shù)據(jù)下載，分析故障代碼，比照故障代碼表，查找APU故障源。

（2）當(dāng)出現(xiàn)APU在無負(fù)載狀態(tài)下，確認(rèn)輸出電壓是否在允許范圍內(nèi)，當(dāng)輸出電壓不穩(wěn)定或偏差太大的情況時，一般都是由逆變器控制板故障所引起的，而輔助變流器不工作很有可能是通訊接口故障造成的。

（3）對APU外部配線以及負(fù)載進(jìn)行檢查時，切除該單元APU，利用另外一臺APU進(jìn)行擴(kuò)展供電，確認(rèn)供電是否正常，以此來判斷APU的外部配線和負(fù)載設(shè)備狀態(tài)。

（4）對APU內(nèi)部模塊故障查找要按控制基板、繼電器模塊、功率單元的順序逐個切換，確認(rèn)其現(xiàn)象。

（5）對于輔助電源裝置（APU）故障的入庫處理，可以根據(jù)《CRH2動車組故障庫內(nèi)處理》辦法執(zhí)行。

6 結(jié)束語

動車開行幾年，在專業(yè)技術(shù)人員與機(jī)械師的共同努力下，輔助電源裝置APU的途中應(yīng)急故障處理與入庫故障診斷處理的能力有了很大的提高，我們要不斷總結(jié)經(jīng)驗，全面掌握CRH2A動車組輔助電源裝置APU的故障判斷與處理技術(shù)，確保動車組的安全運行。