CRH380B(L)型動(dòng)車組Q1斷路器故障分析及處置措施

朱進(jìn) 尤龍

摘 要：Q1斷路器是動(dòng)車組牽引變流器預(yù)充電回路的重要組成部分，當(dāng)Q1斷路器發(fā)生故障，若處置不當(dāng)，將給動(dòng)車組帶來(lái)嚴(yán)重后果。針對(duì)Q1斷路器故障頻發(fā)，為避免故障帶來(lái)更大的次生災(zāi)害，提高故障處置效率，文中以CRH380B（L）型動(dòng)車組Q1斷路器為研究對(duì)象，詳細(xì)介紹了故障排查措施，提出故障處置措施，為保證動(dòng)車組安全運(yùn)營(yíng)具有重要的意義。

關(guān)鍵詞：動(dòng)車組;Q1斷路器;故障排查;處置措施

中圖分類號(hào)：U269.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）20-0044-05

動(dòng)車組檢修供高壓或過(guò)分相區(qū)結(jié)束后，主斷路器閉合，為防止大電流直接沖擊動(dòng)車組相關(guān)負(fù)載，牽引變壓器二次側(cè)與牽引變流器輸入端之間設(shè)置預(yù)充電回路，當(dāng)牽引變流器中間直流環(huán)節(jié)電壓達(dá)到正常理論值的的95%時(shí)，牽引變流器內(nèi)Q1斷路器閉合，再為牽引變流器供電。若Q1斷路器發(fā)生故障，操作不當(dāng)導(dǎo)致中間直流環(huán)節(jié)未進(jìn)行預(yù)充電，大電流直接流經(jīng)牽引變流器，將帶來(lái)嚴(yán)重的次生災(zāi)害。近期動(dòng)車組Q1斷路器故障頻發(fā)，為提高故障處置效率，降低故障帶來(lái)的不良影響，對(duì)Q1斷路器故障處置措施和具體排查措施進(jìn)行梳理具有重要的意義。

1 CRH380B（L）型動(dòng)車組Q1斷路器的功能與結(jié)構(gòu)

1.1 動(dòng)車組Q1斷路器的功能

CRH380B（L）型動(dòng)車組中牽引變流器（TCU），通過(guò)接受主變壓器二次側(cè)輸出電壓，由脈沖整流器將交流電整流成平滑直流電，為輔助變流器提供輸入電源。同時(shí)牽引變流器中間直流電源由脈沖逆變器逆變成三相交流電，為四臺(tái)牽引電機(jī)提供驅(qū)動(dòng)電源。具體供電原理如圖1所示。

CRH380B型動(dòng)車組供電時(shí)，牽引變流器預(yù)充電斷路器閉合后，在牽引變流器中間直流環(huán)節(jié)電壓達(dá)到正常理論值的的95%時(shí)（中間直流環(huán)節(jié)正常理論電壓為3000V），牽引變流器TCU才會(huì)控制Q1斷路器閉合。Q1斷路器閉合后連接牽引變壓器二次側(cè)和牽引變流器的輸入端，為牽引變流器提供電源。

動(dòng)車組處在自動(dòng)過(guò)分相區(qū)域中，牽引變流器與變壓器之間的線路斷路器Q1始終處于閉合位，當(dāng)分相區(qū)結(jié)束后，主斷自動(dòng)閉合;當(dāng)牽引變流器中間直流環(huán)節(jié)電壓低于2500V時(shí)，為避免分相結(jié)束重新閉合主斷時(shí)將接觸網(wǎng)電壓直接加入中間直流環(huán)節(jié)，造成電壓沖擊，牽引變流器Q1會(huì)自動(dòng)斷開(kāi)，Q1是線路斷路器，由牽引變流器控制單元（TCU）控制DC110V直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)閉斷，斷開(kāi)的時(shí)間需要3s。如果牽引變流器在Q1斷開(kāi)過(guò)程中，接收分相區(qū)結(jié)束的主斷閉合信號(hào)，牽引變流器會(huì)阻止主斷閉合，起保護(hù)的作用。

1.2 動(dòng)車組Q1斷路器的結(jié)構(gòu)

Q1斷路器的結(jié)構(gòu)主要由：底座、控制接觸器及線路、主觸點(diǎn)、凸輪、輔助觸點(diǎn)、直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)及連動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，Q1斷路器由牽引變流器TCU控制，當(dāng)TCU發(fā)出主斷閉合信號(hào)后，通過(guò)控制接觸器的常閉觸點(diǎn)，給直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)供電，電機(jī)通過(guò)絲桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)主觸點(diǎn)閉合動(dòng)作;閉合到斷開(kāi)時(shí)，控制接觸器得電動(dòng)作，改變直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)供電的電極，直流電機(jī)向相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)絲桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)主觸點(diǎn)斷開(kāi)動(dòng)作，同時(shí)通過(guò)帶動(dòng)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，觸發(fā)輔助觸點(diǎn)相應(yīng)動(dòng)作。具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1.3 Q1斷路器的電氣控制原理

如原理圖3所示：Q1斷路器由斷開(kāi)到閉合的控制過(guò)程：控制接觸器處于失電狀態(tài)，DC110V電源，正電壓通過(guò)Pin1輸入，通過(guò)控制接觸器常閉觸點(diǎn)21、22，輔助觸點(diǎn)16、19，給驅(qū)動(dòng)電機(jī)供電，通過(guò)控制接觸器常閉觸點(diǎn)31、32與電源負(fù)電壓Pin2接通形成回路，此時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)正轉(zhuǎn)帶動(dòng)觸點(diǎn)完成由斷開(kāi)到閉合的動(dòng)作。

如原理圖4所示：Q1斷路器由閉合到斷開(kāi)的控制過(guò)程：控制接觸器得電，DC110V電源，正電壓通過(guò)Pin1輸入，經(jīng)過(guò)控制接觸器常開(kāi)觸點(diǎn)13、14（得電閉合），輔助觸點(diǎn)18、17，給驅(qū)動(dòng)電機(jī)供電，通過(guò)控制接觸器常開(kāi)觸點(diǎn)（得電閉合）43、44至電源負(fù)電壓Pin2接通形成回路，此時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)改變了電源的極性反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)觸點(diǎn)完成由閉合到斷開(kāi)的動(dòng)作。

2 CRH380B（L）型動(dòng)車組Q1斷路器相關(guān)故障診斷邏輯

2.1 動(dòng)車組Q1斷路器閉合故障邏輯

當(dāng)牽引變流器控制單元（TCU）發(fā)出閉合指令后，牽引變流器Q1斷路器動(dòng)作后輔助觸點(diǎn)將給牽引控制單元（TCU），中央控制單元（CCU）反饋信號(hào)，正常閉合動(dòng)作到位后，常開(kāi)輔助觸點(diǎn)反饋高電平為“1”，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)、反饋低電平為“0”，如果反饋信號(hào)異常（反饋都為“1”或“0”）時(shí)，則主斷斷開(kāi)，報(bào)線路斷路器Q1狀態(tài)異常（故障代碼24B2），代碼發(fā)生21s后自動(dòng)恢復(fù)。

若線路斷路器Q1狀態(tài)異常代碼（故障代碼24B2），在30分鐘內(nèi)發(fā)生3次，則報(bào)線路斷路器Q1：多次發(fā)生狀態(tài)異常（故障代碼24B3），此時(shí)故障車牽引變流器將自動(dòng)切除。

2.2 動(dòng)車組Q1斷路器打開(kāi)故障邏輯

當(dāng)牽引變流器控制單元（TCU）發(fā)出斷開(kāi)指令后，牽引變流器Q1斷路器動(dòng)作后輔助觸點(diǎn)將給牽引控制單元（TCU），中央控制單元（CCU）反饋信號(hào)，正常斷開(kāi)動(dòng)作到位后，常開(kāi)輔助反饋低電平為“0”，常閉輔助觸點(diǎn)閉合狀態(tài)、反饋高電平為“1”，如果反饋信號(hào)異常（反饋都為“1”或“0”）時(shí)，則主斷斷開(kāi)，報(bào)線路斷路器Q1：由于狀態(tài)異常，測(cè)試運(yùn)行（故障代碼24B4），在主斷斷開(kāi)的條件下會(huì)激活Q1斷路器進(jìn)行動(dòng)作測(cè)試，測(cè)試過(guò)程如下：（1）先后輸出20s閉合Q1的指令脈沖，控制Q1斷路器閉合1次;（2）再輸出20s斷開(kāi)Q1的指令脈沖，控制Q1斷路器斷開(kāi)1次，測(cè)試時(shí)間共約43s。

若Q1測(cè)試結(jié)束且沒(méi)有Q1斷開(kāi)故障，則代碼24B4恢復(fù)，車輛可正常閉合主斷;反之若第2次檢測(cè)Q1仍無(wú)法打開(kāi)（檢測(cè)仍故障狀態(tài)），將報(bào)牽引變流器Q1損壞（故障代碼24B5）、報(bào)高壓鎖閉（故障代碼631F），此時(shí)將鎖閉故障車所在牽引單元的牽引變流器、隔離開(kāi)關(guān)及主斷路器。

3 CRH380B（L）型動(dòng)車組Q1斷路器故障排查措施

根據(jù)Q1斷路器的結(jié)構(gòu)及控制原理，Q1斷路器故障原因主要有以下幾點(diǎn)，如圖5所示。

故障發(fā)生后，首先需對(duì)Q1斷路器外觀狀態(tài)進(jìn)行檢查，檢查故障Q1斷路器底座、主觸點(diǎn)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、輔助觸點(diǎn)、外觀無(wú)異常，控制線路及接插件狀態(tài)無(wú)異常。

3.1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)故障排查

將電機(jī)接線端通入110VDC電源，控制Q1斷路器由斷開(kāi)位置至閉合位置時(shí)，從控制電源Pin1接入正電壓，Pin2接入負(fù)電壓，Pin3不加電壓;控制Q1斷路器由閉合位置至斷開(kāi)位置時(shí)，從控制電源Pin1接入正電壓，Pin2接入負(fù)電壓，Pin3接入正電電壓（控制斷路器得電）;檢查電機(jī)能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，主觸點(diǎn)是否可以正常閉合和斷開(kāi)，凸輪動(dòng)作是否正常。Q1斷路器控制原理如圖6所示。

因此可以排除Q1斷路器由于電氣控制故障、及機(jī)械卡滯、主觸點(diǎn)動(dòng)作卡滯導(dǎo)致故障發(fā)生。

3.2 對(duì)Q1斷路器主觸點(diǎn)卡滯故障排查

對(duì)Q1斷路器施加不同的工作電壓，對(duì)響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行測(cè)試。選取10-11這一副輔助觸點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，結(jié)合確認(rèn)閉合時(shí)間正常（正常閉合響應(yīng)時(shí)間：420-1500ms），具體測(cè)試結(jié)果如表1所示。

3.3 主觸點(diǎn)、輔助觸點(diǎn)絕緣故障排查

對(duì)Q1斷路器主觸點(diǎn)、輔助觸點(diǎn)絕緣進(jìn)行測(cè)試，排查輔助觸點(diǎn)反饋線路。對(duì)Q1斷路器的主觸點(diǎn)間、對(duì)地，動(dòng)靜觸動(dòng)之間、輔助觸點(diǎn)對(duì)地絕緣測(cè)試均正常，具體測(cè)試結(jié)果如表2所示。

3.4 輔助觸點(diǎn)的接觸觸點(diǎn)卡滯排查

對(duì)Q1斷路器輔助觸點(diǎn)靜態(tài)接觸阻值進(jìn)行測(cè)量及通斷100次試驗(yàn)，測(cè)試方案：（1）分別給驅(qū)動(dòng)電機(jī)DC77V、DC110V、DC137.5V三種不同的工作電壓，測(cè)量輔助觸點(diǎn)的接觸阻值（正常阻值范圍≤100mΩ）如表3所示;（2）連續(xù)通斷100次操作，檢查確認(rèn)輔助觸點(diǎn)狀態(tài)及測(cè)量接觸阻值，（阻值≤100mΩ通過(guò)），測(cè)試結(jié)果具體如表4所示。

3.5 Q1斷路器輔助觸點(diǎn)動(dòng)作延時(shí)排查

測(cè)試方案：在電機(jī)與輸入電源之間串聯(lián)一個(gè)可控制電路接通分?jǐn)鄷r(shí)間的電子負(fù)載：通過(guò)控制電子負(fù)載的接通、分?jǐn)鄷r(shí)間來(lái)控制電路的接通分?jǐn)?，?shí)現(xiàn)向驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸入的電源接通時(shí)間可控。（1）主觸點(diǎn)在斷開(kāi)位置，電源的接通時(shí)間設(shè)定為30ms，間隔2s，對(duì)斷路器Q1施加閉合信號(hào)，使Q1斷路器向閉合方向逐步閉合動(dòng)作，檢查在閉合過(guò)程中是否存在A區(qū)輔助觸點(diǎn)（12-13、17-18）卡滯的情況;（2）主觸點(diǎn)在閉合位置，電源接通時(shí)間設(shè)定為30ms，時(shí)間間隔2s，對(duì)Q1斷路器施加斷開(kāi)信號(hào)，使斷路器向斷開(kāi)方向逐步斷開(kāi)動(dòng)作，驗(yàn)證在C區(qū)輔助觸點(diǎn)（14-15、16-19）是否存在卡滯的情況。

測(cè)試結(jié)果如下：Q1斷路器由斷開(kāi)—閉合動(dòng)作狀態(tài)監(jiān)控發(fā)現(xiàn)常閉輔助觸點(diǎn)和常開(kāi)輔助觸點(diǎn)切換時(shí)有延時(shí)，具體試驗(yàn)情況如下：

如圖7所示，為Q1斷路器由閉合到斷開(kāi)過(guò)程中常開(kāi)輔助觸點(diǎn)12-13，常閉輔助觸點(diǎn)17-18的狀態(tài)切換過(guò)程。正常情況下常開(kāi)觸點(diǎn)12-13閉合到17-18斷開(kāi)的過(guò)度時(shí)間約為20ms，但在試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)有時(shí)這個(gè)過(guò)度時(shí)間會(huì)達(dá)到520ms。具體如圖7所示（圖7為示波器的橫軸為輔助觸點(diǎn)動(dòng)作時(shí)間ms，縱軸為輔助觸點(diǎn)閉合、斷開(kāi)的狀態(tài)反饋，高電平為閉合狀態(tài)，低電平為斷開(kāi)狀態(tài)，黃色線條為12-13常開(kāi)觸點(diǎn)、藍(lán)色線條為17-18常閉觸點(diǎn)）：

同理，Q1斷路器由閉合—斷開(kāi)動(dòng)作狀態(tài)監(jiān)控發(fā)現(xiàn)常閉輔助觸點(diǎn)和常開(kāi)輔助觸點(diǎn)切換時(shí)有延時(shí)，為Q1斷路器由閉合到斷開(kāi)過(guò)程中常開(kāi)輔助觸點(diǎn)16-19，常閉輔助觸點(diǎn)14-15的狀態(tài)切換過(guò)程。正常情況下常開(kāi)觸點(diǎn)16-19閉合到14-15斷開(kāi)的過(guò)度時(shí)間約為20ms，但在試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)16-19并未閉合，直至下一個(gè)脈沖觸發(fā)后才閉合。

4 動(dòng)車組報(bào)Q1斷路器故障處置措施及典型故障案例

4.1 動(dòng)車組報(bào)Q1斷路器故障處置措施

在檢修過(guò)程中，升弓后需確認(rèn)故障界面無(wú)Q1斷路器相關(guān)故障代碼，再進(jìn)行閉合主斷路器操作。若升弓后HMI屏故障界面報(bào)線路斷路器Q1故障（相關(guān)代碼：24B2或24B3或24B4或24B5），禁止操作閉合主斷路器，需對(duì)Q1斷路器進(jìn)行故障排查處置后，方可閉合主斷路器供高壓電。

運(yùn)用過(guò)程中若報(bào)線路斷路器Q1：由于狀態(tài)異常，測(cè)試運(yùn)行（故障代碼24B4），此時(shí)由于測(cè)試時(shí)間需要43s完成，在此時(shí)間內(nèi)需禁止操作閉合列車供電主斷路器（VCB），列車供電可能會(huì)產(chǎn)生浪涌電流造成電氣設(shè)備燒損。故障發(fā)生后，可使用Sibas軟件對(duì)Q1斷路器進(jìn)行測(cè)試，Q1測(cè)試動(dòng)作正常，故障消除，方可閉合主斷路器，若故障未消除可切除故障車牽引變流器，重新閉合主斷路器（VCB），如果切除故障牽引變流器后，主斷路器（VCB）仍無(wú)法閉合，可切除故障牽引單元車頂高壓供電隔離開(kāi)關(guān)，再閉合主斷路器（VCB），維持運(yùn)行。

4.2 動(dòng)車組Q1斷路器故障典型故障案例

統(tǒng)計(jì)南京南動(dòng)車運(yùn)用所使用相同型號(hào)Q1斷路器的CRH380B（L）型動(dòng)車組，2018年1月1日至11月1日共發(fā)生Q1短路器故障37件。具體典型故障如下：

2018年7月24日，xx動(dòng)車所CRH380B-37xx動(dòng)車組，03車報(bào)牽引變流器內(nèi)部Q1斷路器故障，導(dǎo)致?tīng)恳兞髌鬟M(jìn)行Q1斷路器測(cè)試，在測(cè)試過(guò)程中未封鎖主斷，作業(yè)人員閉合列車主斷路器操作后，03車牽引變流器未進(jìn)行預(yù)充電，產(chǎn)生較大的涌入電流，造成Q1斷路器熱熔，主斷路器真空包擊穿，02車受電弓在自動(dòng)降弓過(guò)程中與接觸網(wǎng)發(fā)生放電拉弧致使接觸網(wǎng)網(wǎng)線燒斷。如圖8所示。

5 Q1斷路器故障的預(yù)防措施

軟件優(yōu)化：對(duì)牽引變流器控制單元（TCU）的控制邏輯程序進(jìn)行優(yōu)化，動(dòng)車組報(bào)24B4代碼，行Q1測(cè)試時(shí)，自牽引變流器控制單元（TCU）發(fā)出測(cè)試命令后，封鎖主斷路器閉合信號(hào)，禁止閉合主斷，避免出現(xiàn)牽引變流器未經(jīng)過(guò)預(yù)充電過(guò)程，主變壓器直接對(duì)牽引變流器供電，造成相關(guān)高壓部件的燒損。

機(jī)械調(diào)整：在動(dòng)車組修程中，對(duì)Q1斷路器進(jìn)行功能性測(cè)試，對(duì)單凸輪片兩側(cè)有差異的輔助觸點(diǎn)凸輪組，根據(jù)Q1斷路器輔助觸點(diǎn)凸輪開(kāi)關(guān)時(shí)序制作的標(biāo)準(zhǔn)樣尺，進(jìn)行檢測(cè)并調(diào)整至正確位置。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)CRH380B（L）型動(dòng)車組Q1斷路器的功能結(jié)構(gòu)、報(bào)出故障的邏輯條件和主要故障原因分析，總結(jié)制定了后續(xù)預(yù)防措施，詳細(xì)介紹了Q1斷路器故障的排查方法，提出了故障發(fā)生后不同工況下故障的處置措施，對(duì)動(dòng)車組的故障處理具有重要的指導(dǎo)意義。

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