8D思路在機(jī)車模塊故障調(diào)查中的應(yīng)用

郭小飛　沙作偉

【摘 要】中白二型機(jī)車是龐巴迪公司與同車公司合作生產(chǎn)的交-直-交傳動(dòng)、Co-Co軸式7200KW大功率六軸貨運(yùn)機(jī)車。整個(gè)目18臺(tái)機(jī)車，配屬在白俄羅斯巴拉諾維奇機(jī)務(wù)段。作為公司“國(guó)際名片”的Belarus2型機(jī)車有幸擔(dān)當(dāng)“牽引中歐班列”，為“一帶一路”貨運(yùn)任務(wù)做出了巨大貢獻(xiàn)，為公司贏得了良好的口碑。但機(jī)車在白俄羅斯鐵路局的日常商業(yè)運(yùn)營(yíng)過程中，發(fā)生的多起牽引變流器模塊故障，嚴(yán)重影響白鐵的商業(yè)運(yùn)營(yíng)。為保障白鐵的正常商業(yè)運(yùn)營(yíng)、緩解了白鐵客戶的顧慮，BNP中白二項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)由項(xiàng)目主導(dǎo)，緊急協(xié)調(diào)工程、售后服務(wù)團(tuán)隊(duì)第一時(shí)間前往白俄羅斯現(xiàn)場(chǎng)收集故障數(shù)據(jù)，調(diào)查故障原因。并最終在公司質(zhì)量、運(yùn)營(yíng)、采購(gòu)、等部門同事齊心協(xié)力下，采用8D思路、魚骨圖排除等，找到了牽引變流器模塊故障發(fā)生的根本原因，并制定了有效的糾正措施，徹底解決了中白二機(jī)車牽引變流器模塊故障。

【關(guān)鍵詞】項(xiàng)目團(tuán)隊(duì);機(jī)車;牽引變流器模塊故障

中圖分類號(hào)： V443文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）13-0068-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.13.031

0 引言

中白二型機(jī)車是龐巴迪公司與同車公司為滿足白俄羅斯鐵路機(jī)車的升級(jí)換代，而研制的寬軌大功率交流傳動(dòng)重載電力機(jī)車。機(jī)車的研制依托龐巴迪大功率交流傳動(dòng)電力機(jī)車研發(fā)平臺(tái)，及中白一型機(jī)車的運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)，適用于在白俄羅斯國(guó)家鐵路干線及在取得機(jī)車認(rèn)證證書后跨境進(jìn)入俄羅斯、烏克蘭等其他獨(dú)聯(lián)體國(guó)家牽引貨物列車。在日常商業(yè)運(yùn)營(yíng)中，出現(xiàn)的大批量牽引變流器模塊故障，嚴(yán)重影響了客戶的商業(yè)運(yùn)營(yíng)。故特此將中白二機(jī)車項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)調(diào)查分析機(jī)車牽引變流器模塊故障的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行梳理、總結(jié)，其一便于公司其它項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)借鑒經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，提高項(xiàng)目執(zhí)行質(zhì)量;其二便于其它項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)借鑒此故障調(diào)查過程，高效處理其它類似故障。

1 中白二機(jī)車牽引變流器模塊故障背景

中白二機(jī)車項(xiàng)目共18臺(tái)機(jī)車，從2017年8月起機(jī)車在巴拉諾維奇機(jī)務(wù)段投入運(yùn)用以來(lái)，共發(fā)生了16起模塊故障，其中逆變模塊（W14-5）8起，整流模塊（46-5）8起。白鐵發(fā)函定義牽引變流器模塊故障為批量質(zhì)量問題，要求BNP于同年12月底提交調(diào)查分析報(bào)告和最終整改措施。

2 牽引變流器模塊故障信息統(tǒng)計(jì)

2.1 故障模塊基本信息

模塊W46-5：3起斬波相IGBT擊穿，5起為四象限整流IGBT擊穿，總計(jì)8起故障。

模塊W14-5：7起IGBT反饋偶發(fā)故障;1起IGBT擊穿故障，總計(jì)8起故障。

2.2 牽引變流器模塊故障率統(tǒng)計(jì)

合同對(duì)批量故障的定義是年故障率≥8%。中白2機(jī)車目前運(yùn)營(yíng)6個(gè)月左右，但模塊的故障率已經(jīng)達(dá)到11.1% （=16/18/8），超過合同中批量故障定義的年故障率。

3 白俄羅斯現(xiàn)場(chǎng)故障調(diào)查

3.1 白俄羅斯現(xiàn)場(chǎng)故障模塊維修

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)維修測(cè)試及試驗(yàn)情況來(lái)看，6起W46-5模塊是由于IGBT擊穿導(dǎo)致;而6起W14-5模塊沒有發(fā)現(xiàn)硬件故障（6起故障均為正線運(yùn)營(yíng)中的故障，回段后故障無(wú)法再現(xiàn)），只能根據(jù)診斷數(shù)據(jù)來(lái)嘗試性更換出現(xiàn)過故障位置的IGBT及對(duì)應(yīng)的GDU硬件。后續(xù)跟蹤機(jī)車正線運(yùn)營(yíng)，觀察模塊運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，進(jìn)一步確認(rèn)是否為IGBT或GDU硬件問題。

3.2 跟蹤現(xiàn)場(chǎng)維修后模塊運(yùn)營(yíng)狀態(tài)

白俄現(xiàn)場(chǎng)總計(jì)維修故障模塊（7個(gè)），6個(gè)（2個(gè)W46-5/4個(gè)W14-5）模塊裝在TS14車測(cè)試驗(yàn)證，1個(gè)W46-5裝在TS16車測(cè)試驗(yàn)證，現(xiàn)場(chǎng)FST跟蹤觀察模塊運(yùn)營(yíng)表現(xiàn)。

經(jīng)過驗(yàn)證確認(rèn)，裝車測(cè)試的W14-5模塊（現(xiàn)場(chǎng)維修后模塊）在后續(xù)運(yùn)營(yíng)中，又出現(xiàn)了兩起和維修前同樣的故障。

4 可疑故障原因排查

中白二機(jī)車項(xiàng)目白俄現(xiàn)場(chǎng)支持團(tuán)隊(duì)，采用魚骨圖，從機(jī)車運(yùn)營(yíng)環(huán)境、軟件、故障關(guān)聯(lián)硬件、模塊本身質(zhì)量問題等四個(gè)大方向入手，在TS14機(jī)車上不斷進(jìn)行逐條試驗(yàn)、驗(yàn)證、排除，經(jīng)過多次排查驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)GDU連接IGBT的線束WAGO插頭接觸配合時(shí)有不良，嘗試性更換W14-5故障模塊故障位置線束WAGO插頭后，安排機(jī)車正線試驗(yàn)運(yùn)行。跟蹤觀察模塊運(yùn)營(yíng)狀態(tài)一切正常。

5 原因分析

5.1 WAGO插頭供應(yīng)商對(duì)從現(xiàn)場(chǎng)故障模塊上更換下的WAGO插頭進(jìn)行試驗(yàn)分析

5.1.1 外觀檢查，發(fā)現(xiàn)WAGO插頭母端受到損傷

5.1.2 夾持力測(cè)試

WAGO供應(yīng)商天津工廠對(duì)BNP從白俄現(xiàn)場(chǎng)返回的WAGOC插頭（白俄現(xiàn)場(chǎng)從故障模塊上拆下的WAGO插頭）做了夾持力檢測(cè)，采用含有1.0mm脫光針的40g砝碼檢測(cè)拉脫情況。工廠控制文件規(guī)定，能夠使≥40g砝碼滯空則產(chǎn)品拉拔力符合標(biāo)準(zhǔn)，反之，則產(chǎn)品不合格，測(cè)試結(jié)果如下圖，拆解加持力測(cè)試不通過的WAGO插頭，發(fā)現(xiàn)夾持力測(cè)試不通過的端子內(nèi)部均有刮傷。

5.2 BNP中白二項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)對(duì)從白俄羅斯現(xiàn)場(chǎng)返回的故障模塊進(jìn)行拆解分析

（1）中白二項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)對(duì)從白俄現(xiàn)場(chǎng)返回的6個(gè)故障模塊進(jìn)行拆解，發(fā)現(xiàn)連接IGBT與GDU線束上的WAGO插頭有損傷的插頭的位置與機(jī)車TCMS診斷系統(tǒng)報(bào)出故障位置一致，兩者正好一一對(duì)應(yīng)。

（2）對(duì)于W14-5故障模塊，根據(jù)TCMS診斷系統(tǒng)的故障數(shù)據(jù)，結(jié)合模塊內(nèi)部的電器件布局位置，拆解模塊內(nèi)部故障位置WAGO插頭進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)連接IGBT和GDU之間的線束的WAGO插頭金針孔明顯變大。

（3）對(duì)于W46-5故障模塊，根據(jù)TCMS診斷系統(tǒng)的故障數(shù)據(jù)，結(jié)合模塊內(nèi)部的電器件布局位置，發(fā)現(xiàn)連接IGBT和GDU之間的線束WAGO插頭的孔也明顯變大，并且對(duì)應(yīng)GDU公端插頭金針有明顯放電痕跡。

（4）拆解上述WAGO插頭孔已明顯變大的插頭進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)孔已變大的WAGO插頭端子上均有劃痕，對(duì)比好的WAGO插頭端子（孔未變大的WAGO插頭）均無(wú)劃痕。

5.3 牽引變流器模塊故障的電氣原理分析

5.3.1 W46-5模塊故障

以BKG2-12機(jī)車W46-5模塊（序列號(hào)：7100038/4032）故障為例，2017年10月27日8：25CON1-T2103整流橋的GDU反饋故障導(dǎo)致IGBT短路，分析整車TCMS診斷數(shù)據(jù)，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，TCMS診斷系統(tǒng)報(bào)出牽引變流器1的相1、相2電流超限故障同時(shí)觸發(fā)軟件保護(hù)動(dòng)作，導(dǎo)致機(jī)車主斷路器斷開。

分析變流器診斷數(shù)據(jù)記錄，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，牽引變流器報(bào)出“變流器模塊中中間直流電壓低，POA1/V1（VS1：L2/V1）@導(dǎo)通指令錯(cuò)誤，POA1/V1（VS1：L2/V1）@關(guān)斷指令錯(cuò)誤;POA2/V2（VS2：L2/V1）@導(dǎo)通指令錯(cuò)誤，POA2/V2（VS2：L2/V1）@關(guān)斷指令錯(cuò)誤”。

根據(jù)上述故障信息結(jié)合如下W46-5模塊電氣控制原理可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于W46-5模塊的四象限整流部分來(lái)說(shuō)，每個(gè)橋臂的兩塊IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷由同一個(gè)門極驅(qū)動(dòng)單元（GDU）控制。當(dāng)WAGO插頭內(nèi)端子簧片間隙過大時(shí)，就會(huì)有點(diǎn)位“1、2、3、4、8”中某些點(diǎn)位出現(xiàn)接觸不良的情況，導(dǎo)致受同一GDU控制的兩塊IGBT不能按指令正確動(dòng)作，就會(huì)出現(xiàn)過電流，IGBT擊穿的情況。

5.3.2 W14-5模塊故障

以BKG2-04號(hào)機(jī)車W14-5模塊（序列號(hào)：7100038-3056）故障為例，運(yùn)行中電機(jī)“3”隔離，報(bào)CMM4[CON1-T2104]（M3） 反饋錯(cuò)誤。分析變流器故障數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)報(bào)“IGBT5導(dǎo)通指令反饋錯(cuò)誤;IGBT5關(guān)斷指令反饋錯(cuò)誤”。

根據(jù)上述故障信息，結(jié)合如下W14-5模塊電路原理，可以發(fā)現(xiàn)由于IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷是由門極驅(qū)動(dòng)單元（GDU）控制的。所以當(dāng)-X2插頭內(nèi)端子簧片間隙過大時(shí)，就會(huì)有點(diǎn)位“1”、“2”、“8”中某些點(diǎn)位出現(xiàn)接觸不良的情況，會(huì)導(dǎo)致反饋故障，電機(jī)牽引封鎖。

6 中白二機(jī)車項(xiàng)目牽引變流器模塊故障原因概述

牽引變流器模塊線束WAGO插頭接觸不良（插頭間隙過大），導(dǎo)致模塊報(bào)IGBT反饋故障和IGBT穿故障。

根據(jù)中白二項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)對(duì)BNP內(nèi)部生產(chǎn)過程的調(diào)查，確認(rèn)WAGO插頭在正常的生產(chǎn)制造過程中，端子狀態(tài)是良好的，WAGO插頭本身質(zhì)量是可靠的，正常裝配WAGO插頭，不會(huì)導(dǎo)致WAGO插孔變大。

但發(fā)現(xiàn)GDU和WAGO插頭裝配的過程配合太緊，有個(gè)別新員工，未按照作業(yè)指導(dǎo)書要求操作，使用較大的插針（>1.8mm）進(jìn)行預(yù)插，預(yù)插后容易安裝，但導(dǎo)致了WAGO端子導(dǎo)流片損壞，導(dǎo)流片的側(cè)壁碰上了母插頭的內(nèi)壁留下劃痕，這種錯(cuò)誤的操作損壞了WAGO插頭導(dǎo)流片的接觸距離，使距離變大，接觸保持力變小，并且不符合接觸力要求，會(huì)產(chǎn)生電路虛接現(xiàn)象。

7 永久性糾正措施及項(xiàng)目執(zhí)行過程中的優(yōu)化

現(xiàn)場(chǎng)整改更換中白二機(jī)車牽引變流器模塊內(nèi)部所有8孔WAGO插頭;

要求WAGO供應(yīng)商提供合格的WAGO插頭，并附帶測(cè)試合格報(bào)告;BNP質(zhì)量部將線束WAGO插頭物料納入進(jìn)料檢物料清單中，進(jìn)行進(jìn)料檢質(zhì)量把控;

BNP工藝完善機(jī)車模塊裝配作業(yè)指導(dǎo)書，細(xì)化指導(dǎo)書操作流程、注意事項(xiàng)和要求;

對(duì)公司員工進(jìn)行裝配技能培訓(xùn)，督促項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)提高項(xiàng)目崗位技能。

【參考文獻(xiàn)】

[1]Enzensberger3EH-216519-0001_Fende-Converte，2008.

[2]W.Bosshart牽引變流器操作手冊(cè)，2008.

[3]P.Jenkinson3EH-216594-0001_Aen上箱體信號(hào)清單說(shuō)明 2008.