HXD2型電力機車輔助變流器隔離原因及其應對措施

劉志軍

【摘 要】論文簡要介紹了HXD2型電力機車輔助變流器的工作原理，針對1800v直流輸入環(huán)節(jié)、中間直流環(huán)節(jié)、逆變輸出環(huán)節(jié)中引起輔助變流器隔離故障的原因和故障方程式成立的條件進行了分析，總結了故障產(chǎn)生的具體條件及影響，提出了有效鎖定故障點的檢查、測試手段及維修方案。

【Abstract】This paper briefly introduces the working principle of the auxiliary converter of HXD2 electric locomotive， analyzes the cause of isolation fault of auxiliary converter in the 1800V DC input link， intermediate DC link and inverter output link， analyzes the conditions to establish the fault equations， summarizes the specific conditions and the influence of the fault， and puts forward the inspection， testing means and maintenance plan for effectively ensuring fault point.

【關鍵詞】HXD2型電力機車；輔助變流器；功率模塊；隔離

【Keywords】HXD2 type electric locomotive； auxiliary converter； power module； isolation

【中圖分類號】U266.1 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）04-0194-03

1 引言

HXD2型電力機車是大秦線重載運輸?shù)闹餍蜋C車，自投入使用以來，“輔助變流器隔離”故障多發(fā)，導致蓄電池電壓下降、拖車損失、機車緊急制動等問題，嚴重影響了運輸生產(chǎn)秩序，也給安全生產(chǎn)帶來了巨大隱患。迫切需要研究機車輔助變流器發(fā)生隔離故障的原因及制定相應的應對措施。

2 輔助變流器主回路與網(wǎng)絡控制原理簡介

HXD2型電力機車輔助變流器采用DC-DC-AC的變換模式實現(xiàn)電源的變換輸出，其輸入電源取自牽引變流柜的中間直流回路，單節(jié)機車有兩組輔助變流器裝置，一組為變頻變壓型（VVVF），一組為定頻定壓型（CVCF），互為冗余，當其中任意一組故障時，另一組為所有的負載提供電源。

牽引變流器中間直流電壓為輔助變流器一、二提供電源，經(jīng)輸入熔斷器送入斬波模塊變換為DC545V輸出，然后經(jīng)過三相逆變模塊逆變?yōu)槿嘟涣?80V電源為輔助機組供電。

3 HXD2型電力機車輔助變流器隔離的故障方程式分析

HXD2型電力機車目前輔助變流器隔離故障較多，2016年共發(fā)生輔助逆變器隔離106件，其中輔助逆變器輸入異常故障引起24件，輔助逆變器中間直流環(huán)節(jié)故障引起30件，輔助變流器輸出回路故障引起52件，分析故障率較高的部件主要有三相逆變模塊（OND）、斬波器、輔助控制單元（ACU）、傳感器等，其總和約占引起輔助變流器隔離的80%。

3.1 輔助逆變器輸入異常故障

當輔助變流器輸入電壓較正常值 1800V明顯異常或輸入模塊永久性故障時，輔助變流器出現(xiàn)輸入欠壓、快速欠壓、輸入過壓及輸入保險故障或以上故障復合后，輔助變流器被隔離。

3.1.1 輸入欠壓故障

輸入欠壓故障代碼有E0-31-02 ME_SOUSUENTS和00-31-02 ME_SOUSUENT兩種。當輔助變流器輸入電壓<1500V時，機車數(shù)據(jù)記錄E0-31-02，當輔助變流器輸入電壓<1384V時，機車數(shù)據(jù)記錄00-31-02，隔離該輔助逆變器。

3.1.2 輸入過壓故障

輸入過壓故障代碼有E0-31-00 ME_SOUSUENTS和E0-31-01 ME_SURUENTS兩種。當輔助變流器輸入電壓>2090V，且20 秒之內發(fā)生兩次該故障，或一個故障持續(xù)20 秒，機車數(shù)據(jù)記錄E0-31-00并隔離該輔助逆變器。當輔助變流器輸入電壓>2200V時，記錄E0-31-01并隔離輔助逆變器。

3.1.3 輸入保險故障

輸入保險故障代碼為E0-31-03 ME_CCENTCVS。當輔助變流器輸入保險的聯(lián)鎖無反饋時（1秒內），如果20 秒之內發(fā)生兩次故障，或一個故障持續(xù)20 秒，隔離輔助逆變器。

3.1.4 輸入模塊永久性故障

輸入模塊永久性故障代碼：00-31-05 DA_PERMENT。如果在 20秒內發(fā)生 2 次輸入模塊故障或1 個輸入模塊故障持續(xù)20S，隔離輔助逆變器。

3.2 輔助逆變器中間直流環(huán)節(jié)故障

當輔助逆變器中間直流環(huán)節(jié)電壓異常時，出現(xiàn)中間直流環(huán)節(jié)過壓一次、二次故障；當輔助逆變器中間回路電流異常時，能出現(xiàn)斬波器過電流、超載過熱、門極驅動故障、保護晶閘管故障、短路故障等。

3.2.1 中間直流環(huán)節(jié)過壓故障

中間直流環(huán)節(jié)過壓故障分為一次和二次過壓，故障代碼分別為E0-31-0D ME_SURUINT1和E0-31-06 ME_SURUINT2。當斬波器輸出電壓>680V時，數(shù)據(jù)記錄E0-31-0D，當斬波器輸出電壓>730V時，數(shù)據(jù)記錄E0-31-06。如果20 秒之內發(fā)生兩次，或一個故障持續(xù)20 秒，機車隔離該輔助逆變器。

3.2.2 斬波器超載、過流故障

當斬波器輸出電流>300A（10 秒內），機車記錄斬波器超載，并隔離輔助變流器；當出電流>700A 時，機車記錄過流故障，如果20 秒之內發(fā)生兩次故障，或一個故障持續(xù)20 秒，輔助變流器被隔離。

3.2.3 斬波器過熱故障

斬波器過熱故障代碼為E0-31-05 ME_SURTEMPHACH，當斬波器溫度傳感器超過整定值時，常開接點斷開，即ACU 接收不到斬波器溫度傳感器信號，隔離輔助逆變器。

3.2.4 斬波器內部器件故障

斬波器門極驅動故障代碼為E0-31-0B ME_IGBTHACH，當門極驅動板故障后，如果20秒內發(fā)生兩次故障，或一個故障持續(xù)20 秒，隔離輔助逆變器。

IGBT保護故障代碼為00-31-22 DA_TESTTHYR，當狀態(tài)量E_CA_UINT>100V且持續(xù)600ms，輔助逆變器被永久隔離。

3.3 輔助變流器輸出回路故障

當逆變器輸出電壓或電流異常時，出現(xiàn)輸出過壓、超負荷、輸出過電流故障。同時，逆變器本身門極驅動板故障、風機電流故障和接觸器矛盾等其他故障也會引起輔助逆變器隔離[1]。

3.3.1 逆變器輸出過壓

逆變器輸出過壓故障代碼為E0-31-11 ME_SURUAC，當逆變器輸出電壓>440V，且20 秒之內發(fā)生兩次故障，或一個故障持續(xù)20 秒，輔助變流器隔離。

3.3.2 逆變器超載、過流故障

逆變器超負荷故障代碼為E0-31-12 ME_SURCHAC，當逆變器輸出電流>230A （10 秒內），輔助逆變器隔離。

逆變器輸出過電流故障代碼為E0-31-18 ME_SURIAC，當逆變器輸出電流>800A，且60 秒之內發(fā)生 4 次故障，輔助逆變器隔離。

3.3.3 逆變器及相關部件故障

門極驅動臂故障代碼為：E0-31-0E、E0-31-0F、E0-31-10三種，分別對應 12、34、56 臂， 當其中一個驅動臂故障，且20 秒之內發(fā)生兩次故障，或一個故障持續(xù)20 秒，輔助逆變器隔離。

3.3.4 風機電流異常及接觸器矛盾故障

輔助變流器風機電流故障代碼：E0-31-14 ME_VTCVS，當輔助變流器風機電流>1.755A 或<0.585A（20 秒內），輔助變流器隔離。

逆變器輸出接觸器矛盾故障代碼E0-31-15 ME_CISONDCVSME，當輔助變流器輸出接觸器的控制和反饋不一致時，且20 秒之內發(fā)生兩次故障，或一個故障持續(xù)20 秒，輔助變流器隔離。

4 輔助逆變器隔離故障的處理及應對措施

4.1 輸入異常的處理

針對輸入欠壓、過壓故障，用eTrain 軟件監(jiān)控輸入電壓，如異常，檢查主變流器中間環(huán)節(jié)故障原因并處理；正常時，更換1800V輸入電壓傳感器。

針對輸入保險故障，測量輸入保險通斷狀態(tài)。當保險斷路時，更換輸入保險并檢查斬波器，測量斬波器的3個接線柱之間電阻值，阻值為零時更換斬波器；當保險正常時，恢復聯(lián)鎖按鈕并測量聯(lián)鎖通斷狀態(tài)，更換聯(lián)鎖或檢查輸入保險聯(lián)鎖到 ACU機箱接線，處理不良部位。

4.2 中間直流環(huán)節(jié)過壓故障的處理

針對斬波器超載、過流故障，檢查輸出電流傳感器接線狀態(tài)，如接線良好可嘗試更換斬波器或輸出電流傳感器并試驗，確定具體的故障部位施修。

針對斬波器過熱故障，檢查溫度傳感器接線狀態(tài)及通風是否正常，如散熱不良，清理或更新濾網(wǎng)。

針對斬波器故障，當數(shù)據(jù)記錄驅動板故障時，更換對應斬波器門極驅動板；當記錄IGBT保護故障時，檢查電壓抑制器接線狀態(tài)，如接線燒損，更換接線或更換電壓抑制器ECR。并用 eTrain 軟件監(jiān)視 ECR狀態(tài)，重新啟動輔助變流器。 如各項檢查正常，嘗試更換ACU 并試驗，鎖定故障點后施修。

4.3 輔助變流器輸出回路故障的處理

針對逆變器輸出過壓故障，先用 eTrain 軟件分別在全頻和半頻狀態(tài)下，監(jiān)視逆變器電壓、電流值，確認負載狀態(tài)。然后查逆變器輸出電壓傳感器、電流傳感器部件及接線狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)問題針對處理。如無明顯異常，可分別嘗試互倒ACU、OND、電壓傳感器、電流傳感器，故障轉移時更換故障件。

針對風機電流故障處理，分析數(shù)據(jù)變量中輔助變流器風機電流值>1.755A時，檢查風機保險接線狀態(tài)，并測量三相接觸器觸頭通斷，確認風機狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)問題針對處理。當電流<0.585A時，互倒風機電流互感器、整流橋、ACU，如故障轉移，更換故障電流互感器或整流橋。

針對接觸器矛盾故障，分析數(shù)據(jù)變量，手動試驗接觸器動作是否靈活、檢查測試接觸器線圈阻值及聯(lián)鎖接線狀態(tài)，如無異?？蓢L試更換中間繼電器、輔助變流器輸出接觸器，鎖定故障后針對施修。[2]

5 結語

輔助變流器隔離故障的原因很多，且較為復雜。為了更好地了解處理故障，總結分析了以上三大類故障的原因及應對措施，提高了HXD2型電力機車檢修質量和故障處理能力，有效保證了機車運行安全。當然，在HXD2型電力機車技術引進后的維護保養(yǎng)、日常檢修中，除了分析產(chǎn)生故障的原因，還需要加強部件的質量管理和檢修維護管理，積極探索有效的監(jiān)測手段和改進措施，才能最大程度地減少輔助變流器隔離故障的發(fā)生概率。

【參考文獻】

【1】阿爾斯通公司.HXD2型電力機車維護手冊[K].

【2】HXD2型電力機車隨車維護軟件幫助文件.