馬來(lái)西亞安邦線牽引逆變器充電超時(shí)故障原因與分析

劉詩(shī)佩

摘要：針對(duì)馬來(lái)西亞安邦線頻繁報(bào)充電超時(shí)故障進(jìn)行分析，剖析牽引系統(tǒng)報(bào)充電超時(shí)故障的各個(gè)條件，從故障現(xiàn)象和故障數(shù)據(jù)中分析找到可能性原因，再通過(guò)軟件優(yōu)化減少充電超時(shí)故障產(chǎn)生，減少因線路原因或者系統(tǒng)問(wèn)題導(dǎo)致的故障率。

關(guān)鍵詞：馬來(lái)西亞安邦線;牽引逆變器充電超時(shí);軟件優(yōu)化;逆變過(guò)流

1? 原理介紹

1.1 充電超時(shí)保護(hù)條件及控制邏輯

充電回路工作條件為：當(dāng)主斷閉合（主斷反饋信號(hào)），網(wǎng)壓正常（VH1反饋值），DCU接收到方向指令（司控器手柄信號(hào)）后，發(fā)出閉合充電接觸器命令，當(dāng)中間電壓傳感器VH12、VH22采集到的電壓值達(dá)到網(wǎng)壓傳感器VH1采集的網(wǎng)壓值的90%時(shí)，閉合線路接觸器KM11、KM21，斷開(kāi)充電接觸器KM12、KM22，此時(shí)充電完成;如圖1所示。

充電超時(shí)故障簡(jiǎn)單保護(hù)邏輯的判斷條件為：KM12反饋閉合狀態(tài);中間電壓VH12在3秒鐘內(nèi)未達(dá)到網(wǎng)壓VH1的90%，上報(bào)充電超時(shí)故障，并跳主斷。

充電超時(shí)這條保護(hù)邏輯的出于兩個(gè)方面因素考慮，一方面為了防止長(zhǎng)時(shí)間充電狀態(tài)而造成的充電電阻、充電接觸器等器件的損壞，另一方面是為了保護(hù)支撐電容不會(huì)損壞，支撐電容長(zhǎng)時(shí)間處于充電狀態(tài)，本身對(duì)電容而言會(huì)有一定的影響，如果支撐電容在未充滿(mǎn)電的狀態(tài)下，直接啟動(dòng)IGBT，會(huì)對(duì)支撐電容形成一個(gè)較大的沖擊，這種現(xiàn)象會(huì)減少支撐電容的使用壽命。

1.2 傳動(dòng)控制插件信號(hào)流程圖

在傳動(dòng)控制單元中，涉及到該故障的保護(hù)邏輯的插件有數(shù)字入出板、SPU板、MCU板、單板機(jī)SMC板等插件，其信號(hào)之間流程見(jiàn)圖2所示。

2? 故障現(xiàn)象及原因分析

2.1 故障現(xiàn)象

馬來(lái)西亞地鐵安邦線多列車(chē)在低速過(guò)無(wú)電區(qū)時(shí)頻繁上報(bào)VVVF二架充電超時(shí)故障，檢查充電接觸器、充電電阻、支撐電容、相關(guān)線路及控制箱插件等無(wú)異常，對(duì)調(diào)中間電壓傳感器、SPU板插件，列車(chē)上線動(dòng)調(diào)試驗(yàn)故障仍然出現(xiàn)，且故障無(wú)法自復(fù)位。

2.2 原因分析

對(duì)列車(chē)故障數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在報(bào)充電超時(shí)故障時(shí)，列車(chē)都在經(jīng)過(guò)多段無(wú)電區(qū)，且上報(bào)故障都是二架的充電超時(shí)故障。

分析故障時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)，故障開(kāi)始前，列車(chē)因過(guò)無(wú)電區(qū)導(dǎo)致輸入欠壓，短接接觸器斷開(kāi)，當(dāng)經(jīng)過(guò)無(wú)電區(qū)后網(wǎng)壓恢復(fù)正常，牽引系統(tǒng)再次進(jìn)行預(yù)充電，充電接觸器吸合3s后。采集到一架中間電壓大于采集到的網(wǎng)壓的90%，而采集到的二架中間電壓卻在從欠壓到報(bào)充電超時(shí)故障有9s一直穩(wěn)定在467V，達(dá)不到網(wǎng)壓的90%。此為二架充電超時(shí)故障的原因。如圖3。

查看二架充電超時(shí)故障時(shí)其它車(chē)輛數(shù)據(jù)，故障現(xiàn)象都跟426車(chē)這個(gè)現(xiàn)象一致，中間電壓欠壓及充電超時(shí)故障發(fā)生間隔為4秒或8秒，但二架中間電壓一直不變，如圖4所示。

下載DCU故障數(shù)據(jù)查看，在報(bào)二架充電超時(shí)故障前，都會(huì)報(bào)一二架的逆變過(guò)流故障，解析DCU逆變過(guò)流數(shù)據(jù)，列車(chē)在過(guò)無(wú)電區(qū)時(shí)，因BHB、BLB斷開(kāi)，導(dǎo)致網(wǎng)壓和中間電壓持續(xù)下降，但是列車(chē)牽引逆變器處于工作狀態(tài)，導(dǎo)致逆變過(guò)壓。如圖5所示。

由以上分析可知，此批量性二架充電超時(shí)故障，首先過(guò)無(wú)電區(qū)報(bào)中間電壓欠壓，車(chē)輛逆變過(guò)流，閉合充電接觸器，一架中間電壓跟隨網(wǎng)壓變化，但是二架中間電壓一直保持在一定值上不動(dòng)，考慮到傳感器的檢測(cè)值的波動(dòng)并且二架充電接觸器也是在閉合狀態(tài)，電壓不變的情況應(yīng)該不是中間電壓的實(shí)際情況。所以中間電壓不動(dòng)的原因可以從外部原因和系統(tǒng)設(shè)計(jì)原因去考慮。

根據(jù)設(shè)計(jì)邏輯，報(bào)兩架的逆變過(guò)流故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)選擇二架記錄MCU2的故障數(shù)據(jù)。

故障記錄期間MCU插件傳輸?shù)碾妷盒盘?hào)會(huì)出現(xiàn)中斷（中間電壓一直不變），由于MCU2處于故障記錄期間的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)（十幾秒），其中牽引系統(tǒng)進(jìn)行合充電接觸器操作時(shí)，導(dǎo)致SMC未收到正常的中間電壓而報(bào)充電超時(shí)故障。聯(lián)系設(shè)計(jì)對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)此問(wèn)題，有幾個(gè)不同的解決方案。

①減少線路中的無(wú)電區(qū)和無(wú)電區(qū)距離，這個(gè)涉及到業(yè)主對(duì)線路進(jìn)行整改，且線路相對(duì)成熟，不太適宜采用。

②在列車(chē)上增加BHB、BLB貫通牽引母線，這樣列車(chē)低速過(guò)無(wú)電區(qū)時(shí)，因?yàn)槟妇€貫通，網(wǎng)壓不會(huì)欠壓，不報(bào)逆變過(guò)流故障，也就不存在二架中間電壓信號(hào)中斷的問(wèn)題，但此改造方案成本巨大，不適宜采用。

③通過(guò)軟件修改減小欠壓保護(hù)濾波時(shí)間，避免過(guò)無(wú)電區(qū)時(shí)報(bào)逆變過(guò)流故障，同時(shí)在故障記錄未完成時(shí)不充電，避免報(bào)充電超時(shí)故障，此方案更可行。

最終選擇采用方案3，更新優(yōu)化程序進(jìn)行測(cè)試，列車(chē)過(guò)無(wú)電區(qū)時(shí)未發(fā)現(xiàn)再有報(bào)充電超時(shí)故障，且網(wǎng)壓欠壓故障也相對(duì)減少了。

3? 結(jié)語(yǔ)

由此故障案例可知，在進(jìn)行批量故障處理時(shí)，需要充分了解故障邏輯并對(duì)各大系統(tǒng)有一個(gè)充分的了解，否則容易被故障的表現(xiàn)所迷惑，同時(shí)需要尋找故障的共同項(xiàng)點(diǎn)，通過(guò)對(duì)類(lèi)似項(xiàng)點(diǎn)分析實(shí)現(xiàn)故障處理的突破，假如只針對(duì)單個(gè)故障，糾結(jié)于電壓傳感器，充電回路各個(gè)器件的問(wèn)題去剖析，效果不會(huì)很理想。

參考文獻(xiàn)：

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