廣州地鐵二號線整列車輔逆故障分析

文志遠

（廣州地鐵集團公司運營事業(yè)總部，廣州 510310）

0 引言

輔逆系統(tǒng)是地鐵車輛非常重要的一個系統(tǒng)，廣州地鐵二號線電客車輔逆系統(tǒng)采用的是西門子公司生產(chǎn)的輔逆系統(tǒng)，通過將接觸網(wǎng)內(nèi)的電壓轉(zhuǎn)變成不同等級的交流電[1]，利用列車的電纜傳輸給地鐵各個設(shè)備供電。但該系統(tǒng)為德國進口設(shè)備和診斷邏輯軟件，受到國外科學(xué)技術(shù)的壟斷。為研究德國西門子公司地鐵輔逆系統(tǒng)非常見故障、診斷邏輯設(shè)計、故障解析原理，通過對故障現(xiàn)象、事件記錄儀數(shù)據(jù)、狀態(tài)監(jiān)測、邏輯設(shè)計等進行分析，從而找到造成中間電壓過壓的根本原因，實現(xiàn)對地鐵輔逆故障的處理，并學(xué)習(xí)故障診斷設(shè)計理念，總結(jié)經(jīng)驗，為國內(nèi)外同類型故障提供參考依據(jù)。

圖1 故障時刻車輛屏圖標

1 故障概況

近期，廣州地鐵二號線電客車出現(xiàn)整列車輔逆黃點，充電機不工作故障信息，部分空調(diào)黃點，列車制動及惰行時有前后晃動情況[2]，后續(xù)列車自動恢復(fù)。查看列車車輛屏信息顯示輔逆圖標黃色、空調(diào)圖標黃色等。故障時刻車輛屏圖標如圖1所示。

2 故障基本信息

查看車輛屏故障履歷及CCF，列車在09:16:48開始報了多節(jié)車空調(diào)中等故障；09:17:00-09:17:24報制動系統(tǒng)速度限制。查看TCF，列車在09:16:46報4節(jié)動車的牽引風(fēng)扇監(jiān)控：AC400 V不可用[3]。車輛屏故障信息如圖2所示。

圖2 車輛屏故障信息

3 故障查找

3.1 數(shù)據(jù)

下載并分析事件記錄儀數(shù)據(jù)，列車在09:15:46網(wǎng)壓有一個小尖峰變高，此時列車處于制動工況，而后快速下降，在09:16:47時網(wǎng)壓達到最低1 408.2 V。正線事件記錄儀記錄的網(wǎng)壓正常情況下不會有尖峰突變，可能是由于列車受電弓與接觸網(wǎng)有短暫的脫弓，導(dǎo)致制動反饋的能量無法傳輸給電網(wǎng)，造成網(wǎng)壓升高。事件記錄儀數(shù)據(jù)如圖3所示。

由于事件記錄儀的記錄周期較長，因此下載并分析輔逆數(shù)據(jù)可知，輔助系統(tǒng)輸入電壓開始升高，瞬時最高達到2 400 V[4]，如圖4所示。

圖3 事件記錄儀數(shù)據(jù)

圖4 輔逆故障數(shù)據(jù)的電壓值記錄

圖5 A4型車1 500 V主回路原理圖

3.2 故障邏輯

A4型車6節(jié)車輔助逆變器供電輸入端并聯(lián)在一起，與牽引逆變器[5]供電輸入端以大功率二極管隔離。

由于列車在三元里下行進站區(qū)間的某一位置，接觸網(wǎng)和受電弓配合不良，導(dǎo)致列車受電弓和接觸網(wǎng)出現(xiàn)了短暫分離。此時，列車剛好處于制動狀態(tài)（電制動），牽引系統(tǒng)向接觸網(wǎng)反饋電能[6]，由于受電弓與接觸網(wǎng)斷開，電能無法回流，根據(jù)電流特性，牽引反饋的電流流向輔助系統(tǒng)，如圖5所示，此時輔助系統(tǒng)輸入電壓開始升高，瞬時最高達到2 400 V。

A4型車輔助系統(tǒng)的過壓邏輯保護條件：當input voltage＞2 080 V，2 s或者input voltage＞2 100 V，0.2 s或者dc-link voltage＞1 800 V，20 s或者dc-link voltage＞1 900 immediately。

當輔助系統(tǒng)的輸入電壓達到2 100 V時，輔逆封鎖輸出，此時全車輔逆黃點，沒有380 V輸出。但由于濾波電容穩(wěn)壓作用，沒有達到牽引系統(tǒng)的過壓保護閥值，因此輔逆端的電壓繼續(xù)升高。而后接觸網(wǎng)與受電弓配合恢復(fù)正常，電流不再流向輔逆系統(tǒng)，輸入電壓下降，輔逆系統(tǒng)恢復(fù)正常。

由于列車沒有380 V電源，導(dǎo)致全部牽引報“牽引封鎖監(jiān)控：AC400 V不可用”故障，該故障會導(dǎo)致牽引出現(xiàn)線電流限制[7]，電制動力會變小，而機械制動會補氣，由于機械補氣反映稍慢，導(dǎo)致列車出現(xiàn)抖動。

3.3 故障時刻網(wǎng)壓

查看列車運行圖，故障時列車處于2A8供電區(qū)間，該供電區(qū)間上行列車有133134、141142、105106、131132，下行列車有037038、125126、111112、041042。除了037038車無該時間段事件記錄儀數(shù)據(jù)、111112正線停放未回廠外，分析故障時刻，以上列車工況與網(wǎng)壓均在1 700 V以下，具體情況如表1所示。

表1 列車工況與網(wǎng)壓

圖6 輔逆故障數(shù)據(jù)的電壓值記錄

觀察與故障時刻041042車相鄰的111112車在故障前后多個站事件記錄儀網(wǎng)壓波形，網(wǎng)壓最大值約為1 800 V，屬于正常范圍內(nèi)，未出現(xiàn)網(wǎng)壓偏大或者波動劇烈的情況。輔逆故障數(shù)據(jù)的電壓值記錄如圖6所示。

由該供電區(qū)間列車工況數(shù)據(jù)可知，當時接觸網(wǎng)電壓正常，041042車全車輔助逆變器檢測網(wǎng)壓過高應(yīng)為弓網(wǎng)關(guān)系不良時導(dǎo)致牽引系統(tǒng)反饋的電能流向輔助系統(tǒng)所致。

3.4 歷史故障

核實近兩年來的故障數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，2018年至今，A4型車在三元里下行進站時共發(fā)生5次因弓網(wǎng)關(guān)系不良導(dǎo)致全車輔逆黃點故障，每次車號均不一致，而其余站點位置未出現(xiàn)過該問題。可對該線路區(qū)段進行專業(yè)性弓網(wǎng)檢測，確認接觸網(wǎng)的可靠性及穩(wěn)定性。故障數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 故障數(shù)據(jù)

3.5 檢查情況

檢查2B042車受電弓有輕微打火痕跡，兩端受電弓參數(shù)正常，輔助逆變器功能正常，空調(diào)系統(tǒng)功能正常。

4 A4、A5型車牽引輔助系統(tǒng)過壓保護邏輯說明

4.1 A4型車牽引過壓保護邏輯

當線電壓（牽引系統(tǒng)檢測）大于1 980 V時，延時2 000 ms，會報出“線電壓過高”信號，此時高斷會跳開。A4牽引系統(tǒng)過壓保護邏輯如圖7所示。

圖7 A4牽引系統(tǒng)過壓保護邏輯

4.2 A4型車輔逆過壓保護邏輯

A4型車輔逆系統(tǒng)一共在2處設(shè)置有過壓保護[8]點：一是逆變器的輸入端電壓保護，設(shè)定閥值為1 800 V且持續(xù)20 s或1 900 V瞬時，如圖8所示；二是輔逆整機的電壓保護，設(shè)定閥值為2 080 V且持續(xù)2 s或2 100 V且持續(xù)0.2 s，如圖9所示。

圖8 逆變模塊的輸入電壓保護

圖9 輔逆整機的電壓保護

4.3 A5型車牽引過壓保護邏輯

網(wǎng)壓或中間電壓U＞2 000 V且持續(xù)500 ms；U＞2 350 V瞬時，保護動作。

4.4 A5型車輔逆過壓保護邏輯

網(wǎng)壓或中間電壓峰值大于2 350 V，或者有效值大于2 200 V并小于2 350 V持續(xù)時間超過50 ms，或者有效值大于2 100 V并小于2 200 V持續(xù)時間超過100 ms，保護動作。當輸入電壓恢復(fù)到1 750 V以下并保持3 s以上時，SIV自動重啟。

5 結(jié)束語

本文針對廣州地鐵二號線列車出現(xiàn)整列車輔逆黃點故障，充電機不工作故障信息，部分空調(diào)黃點，且列車制動及惰行時前后伴隨有列車晃動現(xiàn)象，通過對列車事件記錄儀數(shù)據(jù)、診斷邏輯圖等進行分析，得出造成此故障的根本原因為外部受流異常引起，地鐵受電弓與接觸網(wǎng)接觸不良造成整車輔逆輸入電壓瞬間失壓，從而引起中間電壓過壓故障。通過采取有效措施對接觸網(wǎng)與受電弓進行檢查，從根本上解決了問題。