蓄電池工程車斬波降壓模塊故障分析及對策

熊厚秋

(中車株洲電力機(jī)車有限公司，湖南 株洲 412000)

0 引言

蓄電池工程車將替代內(nèi)燃工程車，廣泛用于段內(nèi)調(diào)車、線路維護(hù)、地鐵救援牽引等。隨著蓄電池電力工程車的大量投入，用戶對工程車運(yùn)行質(zhì)量的要求已經(jīng)達(dá)到新高度。一旦主電路的某個關(guān)鍵部件出現(xiàn)故障，輕則影響工程車牽引功率的正常發(fā)揮；重則導(dǎo)致工程車被救援。以蓄電池工程車32-A13斬波降壓模塊故障為例，不管是接觸網(wǎng)還是牽引蓄電池供電模式，甚至緊急牽引模式，差分電流保護(hù)控制電路的任何部件出現(xiàn)故障，均會影響工程車正常上線運(yùn)行，對該故障進(jìn)行查找及維修是工程車檢修人員必須攻關(guān)的問題。本文從檢修角度，對ZER4型蓄電池電力工程車32-A13斬波降壓模塊故障導(dǎo)致主斷閉合不上的原因進(jìn)行分析，并對其提出改進(jìn)對策。

1 差分電流傳感器保護(hù)控制電路

主電路中差分電流傳感器=11-B10，用于檢測主電路電流和回流電流的差值。差分電流傳感器將檢測的信號送入網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)根據(jù)采集的信號做出相應(yīng)的反應(yīng)。當(dāng)差分電流傳感器檢測到兩極電流的差值大于1 A時，繼電器=41-K01失電，其輔助觸點(diǎn)反饋給數(shù)字量輸入輸出模塊DXM31(E31_14)節(jié)點(diǎn)，在微機(jī)顯示屏VDU顯示故障“主回路接地故障1級”。當(dāng)差分電流傳感器檢測到兩極電流的差值大于50 A時，繼電器=41-K02失電，其輔助觸點(diǎn)反饋給DXM31(E31_15)節(jié)點(diǎn)，中央控制單元 CCU通過網(wǎng)絡(luò)線MVB發(fā)出牽引封鎖、輔助逆變柜卸載信號，CCU斷開預(yù)備中繼=21-A11-K01，并在0.5 s發(fā)出斷開高速斷路器指令，高速斷路器斷開后發(fā)出降下受電弓指令。在VDU顯示故障“主回路接地故障2級”。

控制電源柜送出DC110 V，經(jīng)32-K14和32-F03到斬波降壓模塊，斬波降壓模塊(32-A13)為蓄電池接地回路檢測、接觸網(wǎng)電壓檢測、牽引蓄電池電壓檢測提供DC15 V工作電源；同時為差分電流傳感器提供DC24 V工作電源。差分電流傳感器外部接=41-K02-K02和=41-K01-K01繼電器。一旦斬波降壓模塊故障，不管是接觸網(wǎng)模式，還是牽引蓄電池模式，差分電流傳感器無輸出產(chǎn)生保護(hù)，導(dǎo)致工程車主斷均閉合不上，影響牽引任務(wù)。

2 斬波降壓模塊

2.1 基本結(jié)構(gòu)

蓄電池工程車降壓模塊采用TGY24-D6型號安裝于機(jī)械間低壓電器柜內(nèi)，送入DC110 V到斬波降壓后分別送出正負(fù)DC±24 V1、DC±24 V2、DC±15 V1、DC±15 V2，為負(fù)載分別提供冗余模式工作電源，公共部分為負(fù)極。底座采用4顆φ 13 mm螺絲緊固，端子采用2線基礎(chǔ)接線端子，型號為280-101，內(nèi)、外部引線可以將絕緣皮剝開后直接插入相應(yīng)的孔位即可。該模塊工作效率高、輸出電壓紋波大。

2.2 故障原因分析

斬波降壓模塊故障24 V顯示燈變成紅色，通過拆解發(fā)現(xiàn) 24 V輸出端瓷片電容 C16 發(fā)生擊穿，電容周邊有過熱痕跡。失效器件 C9、C16 處于電路控制板下端。C8 電解電容與C9共同組成了+24 V 輸出濾波電路，C15 電解電容與 C16 共同組成了-24 V輸出的濾波電路，其中 C9/C16 作用為濾除電路中的高頻成分。從失效狀況看，可以確定首先 C9/C16 擊穿失效后短路，但仍有上電導(dǎo)致短路過流而燒損。C9/C16 為瓷片電容，短路失效的原因可能有電路過壓擊穿，器件受熱、振動等各種應(yīng)力后受損，器件質(zhì)量問題。從 C8/C15 正常的情況看，因 C9/C16 額定電壓值高于 C8/C15，而 C8/C15 正常，所以電路過壓擊穿的可能性排除。該模塊早期運(yùn)用于新加坡工程車，至今已經(jīng)運(yùn)用達(dá) 5 年，未發(fā)生故障，所以應(yīng)力受損的可能性也較小。綜合上述分析，此次故障可以判定為瓷片電容器件質(zhì)量問題導(dǎo)致。

3 對策

1)該類型斬波降壓模塊在蓄電池工程車上僅作為設(shè)備開關(guān)電源使用。模塊內(nèi)瓷片電容設(shè)計初衷為濾除高頻成分，降低電壓紋波噪聲，本為預(yù)留器件。但對于24 V電路來說，經(jīng)對比測試驗證，取消該瓷片電容后，電壓紋波可以滿足設(shè)計要求。為進(jìn)一步確保模塊可靠性，分別對+24 V有瓷片電容和無瓷片電容、-24 V有瓷片電容和無瓷片電容的模塊進(jìn)行驗證，發(fā)現(xiàn)輸出波形均未有失真現(xiàn)象，且波形平滑，取消電容后電壓波形有效值(即均方根值)會增加5 mV左右，測試滿載輸出最大電壓紋波有效值為35 mV(技術(shù)要求規(guī)范為500 mV)，因此取消電容會小幅度增加紋波電壓，但是依舊可以滿足要求。

2)按照修程要求，定期進(jìn)行灰塵清除，需重點(diǎn)檢查電源輸入、輸出接線端子螺絲緊固情況，無任何毛刺，通風(fēng)散熱良好，通電低壓試驗24 V、15 V指示燈顯示正常。任何指示燈顯示紅色都需要更換該模塊，避免故障擴(kuò)大影響蓄電池工程車正常運(yùn)行。

3)借助微機(jī)顯示屏節(jié)點(diǎn)或數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷。查看蓄電池電壓是否正常，再查看差動保護(hù)繼電器反饋信號DXM32模塊E32_08E32_09節(jié)點(diǎn)，若為低電平，則降壓模塊DC24 V輸出或線路故障。若DC24 V輸出燈顯示綠色，則應(yīng)檢查線路及+187.08=91-X187.01插頭(212230點(diǎn)、17點(diǎn)屏蔽線)、+187.08=92-X187.01端子排(444546點(diǎn)、SK4屏蔽線)接觸情況。若+111.11=41-P01接觸網(wǎng)壓表無任何顯示，再加上牽引蓄電池檢測模塊輸入信號DIM35模塊E35_10節(jié)點(diǎn)為低電平，可以判斷是斬波降壓模塊及相關(guān)線路故障。若DC15V輸出燈顯示紅色，則應(yīng)更換該模塊。

4)線上運(yùn)行中出現(xiàn)該類問題，司乘人員應(yīng)急故障處理方式為停車、斷開主斷、降弓并做好防溜措施，可以通過+152.02=32-F03脫扣進(jìn)行斷電復(fù)位讓斬波降壓模塊重新啟動。

4 結(jié)語

斬波降壓模塊質(zhì)量穩(wěn)定直接影響蓄電池電力工程車的投入運(yùn)用，不管是在接觸網(wǎng)供電模式還是在牽引蓄電池供電模式下，一旦有故障必須進(jìn)行排除，否則將影響工程車正常上線運(yùn)行。建議生產(chǎn)廠家優(yōu)化斬波降壓模塊設(shè)計，實現(xiàn)兩組獨(dú)立冗余，并提高瓷片電容質(zhì)量。對于業(yè)主來說，按照檢修說明要求進(jìn)行定期檢查，是排除斬波降壓模塊故障必不可少的環(huán)節(jié)。