鐵路客車DC 600 V車下電源裝置維修優(yōu)化研究*

宋英杰， 劉晨亮

(1 北京縱橫機(jī)電技術(shù)開發(fā)公司， 北京 100094；2 中國(guó)鐵路沈陽局集團(tuán)有限公司 沈陽車輛段， 沈陽 110000)

列車DC 600 V供電系統(tǒng)采用由機(jī)車集中整流，客車分散逆變的供電方式。系統(tǒng)主要由DC 600 V供電電源裝置、車端連接器、DC 600 V/AC 380 V逆變電源(簡(jiǎn)稱為逆變器)、DC 600 V/DC 110 V電源裝置(簡(jiǎn)稱為充電器)、客車電氣綜合控制柜、蓄電池組、DC 600 V輸配電電纜及用電負(fù)載等設(shè)備組成。其中DC 600 V供電電源裝置安裝在機(jī)車上，由機(jī)車集中整流后輸出DC 600 V給客車?？蛙嘍C 600 V車下電源裝置指的是安裝在客車車下的逆變器和充電器，逆變器、充電器將機(jī)車DC 600 V供電轉(zhuǎn)換為AC 380 V和DC 110 V，滿足客車空調(diào)、采暖、照明等電器的用電需求。

1 DC 600 V電源裝置大修現(xiàn)狀分析

在DC 600 V電源裝置統(tǒng)型之前，生產(chǎn)廠家主要有5家，各個(gè)廠家的逆變器、充電器結(jié)構(gòu)不同，配件不能互換，質(zhì)量可靠性差別較大，給現(xiàn)場(chǎng)使用及維修工作帶來了諸多不便。

由于統(tǒng)型的DC 600 V電源裝置還未大批量進(jìn)入大修周期，目前，各廠家維修的DC 600 V電源裝置基本都是非統(tǒng)型的。由于受自身檢修能力及核心技術(shù)等因素的限制，絕大多數(shù)主機(jī)廠都對(duì)DC 600 V電源裝置實(shí)施了委外檢修。一般情況下，委外檢修時(shí)不區(qū)分5個(gè)生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品，而是整體打包，各個(gè)廠家的產(chǎn)品都有，這就要求承修廠家要掌握各型電源的檢修技能，這對(duì)委外廠家的檢修能力提出了更高的要求。

另外，由于5種DC 600 V電源裝置產(chǎn)品存在的差異，檢修的側(cè)重點(diǎn)也應(yīng)不一致，如有的廠家箱體腐蝕嚴(yán)重，大修時(shí)需要重點(diǎn)對(duì)箱體進(jìn)行檢修；有的廠家電路板故障較多，大修時(shí)需要對(duì)電路板上的元器件進(jìn)行更換。這就需要各大修廠家在平時(shí)注意數(shù)據(jù)積累，統(tǒng)計(jì)相關(guān)產(chǎn)品的故障率，針對(duì)故障率較高的部件進(jìn)行重點(diǎn)攻關(guān)，這樣既可以減少檢修后產(chǎn)品的故障率，降低售后服務(wù)費(fèi)用。同時(shí)也可大幅提升大修產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性。

2 DC 600 V電源裝置大修規(guī)程分析

現(xiàn)行DC 600 V電源裝置檢修按照《鐵路客車電氣裝置檢修規(guī)則》(鐵總運(yùn)〔2015〕29號(hào))相關(guān)要求執(zhí)行，檢修等級(jí)分為E1、E2、E3、E4和E5，其中E1修程對(duì)應(yīng)客車運(yùn)用維修的專項(xiàng)修，E2～E5修原則上應(yīng)與客車定期檢修同步進(jìn)行，E2、E3修為段修，結(jié)合客車A2或A3修進(jìn)行，E4、E5修為大修∕廠修，結(jié)合客車A4或A5修進(jìn)行。電氣裝置檢修周期見表1，客車檢修周期見表2。

E1、E2、E3修時(shí)，DC 600 V電源裝置可不下車，實(shí)施現(xiàn)車檢修；E4、E5修時(shí)DC 600 V 電源裝置下車分解檢修。DC 600 V電源裝置大修指的是E4、E5修，對(duì)應(yīng)客車A4、A5修。逆變器和充電機(jī)E4修的主要內(nèi)容如下：

(1) 箱體檢修

表1 檢修周期表

表2 客車檢修周期表

箱體清潔除銹，脫焊、變形時(shí)焊修或調(diào)修；箱體破損或腐蝕深度超限時(shí)挖補(bǔ)或截?fù)Q；箱體吊耳須探傷無裂紋，厚度超限時(shí)更新；箱門開、關(guān)靈活，鎖及附件作用良好。散熱器清潔、檢查；箱體內(nèi)外涂漆均勻；更新密封條。

(2) 電氣部件檢修

各部件清潔；變壓器匝間短路、繞組絕緣層損壞時(shí)修復(fù)或更新，引線斷裂、脫焊時(shí)修復(fù)或更新，鐵心緊固無松動(dòng)，重新進(jìn)行浸漆、烘干、測(cè)試，變壓器初級(jí)和次級(jí)繞組之間及其與外殼之間的絕緣電阻值符合要求；電解電容更新；散熱風(fēng)扇更新；清除斷路器、接觸器、電壓傳感器等電氣元件表面污垢，接觸器內(nèi)部清潔，線圈絕緣層變質(zhì)時(shí)更換，觸點(diǎn)光潔，無燒損、粘連；斷路器、接觸器、電壓傳感器等電氣元件檢修后須檢測(cè)性能符合規(guī)定；清潔輸入和輸出濾波器、充電和放電電阻、各電路板、IGBT模塊，測(cè)試功能正常，電路板元器件焊接無松動(dòng)，脫焊，有燒損痕跡時(shí)須修復(fù)或更新，各熔斷器容量須符合圖紙文件規(guī)定；各接線端子排表面整潔，開裂、老化、變形時(shí)更新，擋片齊全，導(dǎo)線老化破損時(shí)更新，兩接線端子間的配線無接頭，端子規(guī)格應(yīng)符合要求，線徑應(yīng)與通過的電流大小相匹配，接線端子壓接牢固，電氣元件位號(hào)、配線線號(hào)清晰，導(dǎo)線穿越金屬板時(shí)有絕緣保護(hù)，出線口護(hù)套更新。

(3) 組裝試驗(yàn)

絕緣試驗(yàn)：無電測(cè)試，通電測(cè)試；逆變器通電試驗(yàn)：弱電試驗(yàn)，空載試驗(yàn)，輕載試驗(yàn)，額定負(fù)載試驗(yàn)，輸入輸出參數(shù)測(cè)定，軟啟動(dòng)性能試驗(yàn)，模擬過分相試驗(yàn)，聯(lián)網(wǎng)通信試驗(yàn)，雙逆變器車互備功能試驗(yàn)，輸入過壓保護(hù)試驗(yàn)，輸入欠壓保護(hù)試驗(yàn)，輸出電壓穩(wěn)定精度試驗(yàn)，降頻降壓輸出試驗(yàn)，抗負(fù)載突變能力試驗(yàn)，控制電壓波動(dòng)試驗(yàn)，輸出電壓諧波失真測(cè)定，三相電壓不平衡度試驗(yàn)。

充電器通電試驗(yàn)：蓄電池欠壓保護(hù)試驗(yàn)，模擬過分相試驗(yàn)，溫度補(bǔ)償充電性能試驗(yàn)，限流充電特性試驗(yàn)，輸入過壓保護(hù)試驗(yàn)，輸入欠壓保護(hù)試驗(yàn)，輸出特性試驗(yàn)，負(fù)載沖擊性能試驗(yàn)，控制電壓波動(dòng)試驗(yàn)。

E5修的主要內(nèi)容是在E4修的基礎(chǔ)上執(zhí)行以下標(biāo)準(zhǔn)：“滿足不同廠家電路板級(jí)互換要求，配線更新、電路板、主回路直流接觸器更新，否則，整機(jī)更新為符合互換要求的產(chǎn)品”。由此可見E5修是在E4修的基礎(chǔ)上增加了換件修的要求。

從規(guī)程要求可看出DC 600 V電源裝置大修主要是對(duì)各電氣部件進(jìn)行檢修和試驗(yàn)，尤其是電路板的檢修和測(cè)試。電路板檢修質(zhì)量的好壞直接影響DC 600 V電源裝置的質(zhì)量。由于DC 600 V電源裝置廠家較多，統(tǒng)型前各廠家的電路板結(jié)構(gòu)差別較大，互不通用，測(cè)試程序也不相同，檢修難度較大。檢修規(guī)程中對(duì)電路板檢修描述較少，僅要求“清潔輸入和輸出濾波器、充電和放電電阻、各電路板、IGBT模塊，測(cè)試功能正常。電路板元器件焊接無松動(dòng)，脫焊，有燒損痕跡時(shí)須修復(fù)或更新”?？梢娨?guī)程僅對(duì)結(jié)果有要求，而對(duì)怎么檢修，怎么測(cè)試電路板沒有說明。這就要求各檢修廠家自主進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，摸清不同廠家的電路板的原理和特性，針對(duì)不同廠家的電路板提出具體的檢修方案和測(cè)試要求。這也是DC 600 V電源裝置大修的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

3 DC 600 V電源裝置大修技術(shù)優(yōu)化研究

DC 600 V電源裝置大修優(yōu)化應(yīng)以可靠性理論為基礎(chǔ)，基于大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)產(chǎn)品故障率較高的部件重點(diǎn)檢查或更換。下面以某單位的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為例，說明DC 600 V大修優(yōu)化的一般方法。

某單位在檢修D(zhuǎn)C 600 V電源裝置的過程中，搜集現(xiàn)場(chǎng)售后服務(wù)故障信息，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析產(chǎn)品的故障率，不同廠家的DC 600 V電源裝置大修后一年內(nèi)故障率差別較大(五家DC 600 V電源裝置生產(chǎn)廠家分別以A、B、C、D、E代替)，逆變器故障率最高達(dá)到30.17%，最低只有8%，充電器故障率的比例最高達(dá)到14.06%，最低的一年內(nèi)未發(fā)生故障。從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析， B廠家的逆變器、充電器故障率較高，E廠家的逆變器、充電器故障率都較低。這就要求檢修B廠家逆變器、充電器時(shí)應(yīng)針對(duì)產(chǎn)品薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行重點(diǎn)檢修；而對(duì)故障率較低的E廠家產(chǎn)品可按規(guī)程要求進(jìn)行檢修；對(duì)于故障率居中的廠家，應(yīng)分析各部件的故障占比，針對(duì)具體部件進(jìn)行檢修優(yōu)化。某單位DC 600 V電源裝置大修后2015年故障情況統(tǒng)計(jì)表見表3。

表3 某單位檢修的DC 600 V電源裝置2015年故障情況統(tǒng)計(jì)表 %

注：表中故障率為部件故障數(shù)量占檢修的該廠家逆變器∕充電器數(shù)量的比率。

圖1 B廠家逆變器故障件占比

對(duì)于B廠家的逆變器故障情況進(jìn)行分析，如圖1。數(shù)據(jù)中主控板、驅(qū)動(dòng)板、電源板、采樣板故障數(shù)量占故障總數(shù)的59%。因此控制好主控板、驅(qū)動(dòng)板、電源板、采樣板的質(zhì)量是逆變器大修的關(guān)鍵。尤其是采樣板和主控板，兩者的故障率占總故障的40%。

對(duì)于B廠家的充電器故障情況進(jìn)行分析，如圖2。數(shù)據(jù)中前后級(jí)板、IGBT、主控板故障數(shù)量占故障總數(shù)的61%。因此控制好前后級(jí)板、IGBT、主控板的質(zhì)量是充電器大修的關(guān)鍵。另外由于保險(xiǎn)故障數(shù)量占故障總數(shù)的11%，而保險(xiǎn)屬于低值產(chǎn)品，因此建議大修時(shí)對(duì)保險(xiǎn)進(jìn)行全部更換。

圖2 B廠家充電器故障件占比

對(duì)于E廠家的逆變器、充電器故障情況進(jìn)行分析。全年僅逆變器的驅(qū)動(dòng)板和接觸器各發(fā)生一次故障，故障較少。建議檢修時(shí)可以只做規(guī)程要求的檢修項(xiàng)目。

以逆變器為例，對(duì)故障率居中的產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，見圖3～圖5。

圖3 A廠家逆變器故障件占比

圖4 C廠家逆變器故障件占比

圖5 D廠家逆變器故障件占比

A廠家逆變器主控板、驅(qū)動(dòng)板、IGBT、保險(xiǎn)的故障數(shù)量占故障總數(shù)的74%。建議重點(diǎn)對(duì)主控板、驅(qū)動(dòng)板、IGBT進(jìn)行檢修，對(duì)保險(xiǎn)進(jìn)行全部更換。

C廠家主控板、傳感器、電容的故障數(shù)量占故障總數(shù)的73%。建議重點(diǎn)對(duì)主控板、傳感器進(jìn)行檢修，對(duì)電容進(jìn)行全部更換。

D廠家接觸器、主控板的故障數(shù)量占故障總數(shù)的41%。建議重點(diǎn)對(duì)接觸器、主控板進(jìn)行檢修。

最終逆變器檢修重點(diǎn)檢查部件如表4所示。

表4 逆變器檢修重點(diǎn)檢查建議表

4 結(jié)束語

本文分析了某單位鐵路客車DC 600 V電源裝置現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行故障數(shù)據(jù)，得出不同制造廠家的DC 600 V電源裝置故障特點(diǎn)，針對(duì)不同廠家的故障特點(diǎn)，提出了維修優(yōu)化建議。針對(duì)目前鐵路客車配件型號(hào)較多、種類雜，各型號(hào)產(chǎn)品性能差異較大的特點(diǎn)，文中提出了一種檢修優(yōu)化方案，在完成檢修規(guī)程規(guī)定內(nèi)容的前提下，通過運(yùn)行故障數(shù)據(jù)分析，可得出不同型號(hào)產(chǎn)品的故障特點(diǎn)，在檢修中有針對(duì)性的加強(qiáng)薄弱環(huán)節(jié)整治，從而提高檢修質(zhì)量，保證鐵路客車安全平穩(wěn)運(yùn)行。