DJ4 型機(jī)車牽引系統(tǒng)介紹及故障分析

劉 清 楊 喆 梁偉波

（中車株洲電力機(jī)車有限公司，湖南 株洲 412001）

HXD1 型機(jī)車牽引傳動系統(tǒng)是按AC25kV、50Hz 牽引供電制式設(shè)計(jì)的，它能適應(yīng)我國鐵路接觸網(wǎng)電壓范圍較大的特點(diǎn)。[1]AB 兩節(jié)動力車各自配備了獨(dú)立且對稱的牽引傳動，既可固定重聯(lián)運(yùn)用，也可解編后各自獨(dú)立運(yùn)用，AB 兩節(jié)動力車25kV 網(wǎng)側(cè)電路可通過車頂高壓連接器相連，同時還具有外重聯(lián)功能。牽引變流系統(tǒng)具有二次諧振電路、過壓保護(hù)電路和接地檢測電路等。機(jī)車采用再生制動，再生制動時機(jī)車能量反饋回電網(wǎng)，達(dá)到節(jié)能的效果。四象限整流器和PWM 逆變器采用水冷 1GBT 模塊。

1 牽引傳動系統(tǒng)概述

HXD1 型機(jī)車每節(jié)有一套完整網(wǎng)側(cè)電路和電傳動系統(tǒng)，如圖1 牽引變流系統(tǒng)框架圖所示：每節(jié)車電傳動系統(tǒng)由1個主變壓器，主變壓器由1 個原邊繞組、4 個牽引繞組和2個二次諧振電抗器組成。4 個牽引繞組分別給4 個4QC（四象限變流器）提供輸入電源，最后向兩個獨(dú)立的中間直流回路充電。4 個四象限變流器分成兩組，每一組的兩個四象限變流器之間可以冗余。每臺車上有兩個轉(zhuǎn)向架，每個轉(zhuǎn)向架上并聯(lián)2 臺三相交流異步電動機(jī)，由連接在中間直流回路上的1 個脈寬調(diào)制逆變器（PWI）供電。圖1 中2 個輔助逆變器當(dāng)其中一組因故障隔離或其中一個濾波變壓器因故障隔離時，另一組輔助逆變系統(tǒng)立即滿頻運(yùn)行給所有輔助設(shè)備供電。因?yàn)閮陕分虚g直流回路相互獨(dú)立，所以整臺機(jī)車的牽引力有75%的冗余，從而提高了機(jī)車的可利用率。在機(jī)車制造、調(diào)試、維護(hù)過程中牽引變流系統(tǒng)部分故障時，系統(tǒng)自動進(jìn)入冗余工作模式繼續(xù)維持運(yùn)行，機(jī)車檢修人員能夠根據(jù)牽引系統(tǒng)冗余工況快速排查故障。

圖1 牽引變流系統(tǒng)框架圖

2 機(jī)車TCU1 隔離故障分析與處理

HXD1 型179 號機(jī)車在試運(yùn)線試運(yùn)時B 節(jié)主斷斷開受電弓降下，微機(jī)屏報(bào)“TCU1&TCU2 之間通訊中斷”，“TCU1因故障隔離”。第一時間用電腦Monitor 軟件連接主CCU進(jìn)行清保護(hù)后TCU1 依然處于隔離狀態(tài)，B 節(jié)機(jī)車僅TCU2處于牽引狀態(tài)。

2.1 原因分析

CCU 清保護(hù)后TCU1 故障不能清除，說明故障依然存在。通過觀察TCU1 機(jī)箱沒有上電工作，判斷可能因某故障原因CCU 未給出TCU1 啟動命令，通過微機(jī)屏查看到是輸出節(jié)點(diǎn)A13F_00 未閉合引起的，用電腦Monitor 軟件連接主CCU 讀取故障記錄也沒有找到引起TCU1 隔離的故障原因。

2.2 故障診斷及處理

系統(tǒng)在斷電重啟時CCU 自檢完后TCU2 能夠正常啟動，而TCU1 機(jī)箱一直處于掉電隔離狀態(tài)，分析可能存在兩種原因：

1.因線路或者SKS3 輸出模塊原因TCU1 啟動信號A13F_00 未能啟動TCU1。

2.在啟動過程中，CCU 已經(jīng)讓TCU 啟動命令A(yù)13F_00與A140_00 閉合而TCU1 因自身原因不能正常啟動引起CCU 再次重新斷開A13F_00 啟動命令。

為了判斷是以上哪種原因引起TCU1 不能正常啟動，采用Monitor 軟件連接CCU 強(qiáng)制TCU1 啟動命令A(yù)13F_00 閉合。發(fā)現(xiàn)TCU1 依然無法啟動，判斷可能為第一種原因：啟動信號未到達(dá)TCU 電源輸入連接器X12 插頭B3 點(diǎn)，TCU 供電控制電路如圖2 所示。經(jīng)過萬用表測量發(fā)現(xiàn)B3 點(diǎn)有98V 電壓，緊接著測量B1、B2 和A1、A2 之間均有98V 電壓。綜合以上幾次測量結(jié)果得出TCU1 啟動電源及啟動指令都已滿足，而TCU1 機(jī)箱無法上電啟動。判斷為機(jī)箱內(nèi)部電源板卡故障，打開TCU1 機(jī)箱發(fā)現(xiàn)SSB 電源板卡工作燈不亮，因此判斷TCU1 機(jī)箱SSB 電源板卡異常導(dǎo)致TCU1 隔離，更換SSB 電源板卡后故障消失TCU1 正常啟動。

圖2 TCU 供電電源及啟動命令

2.3 原理分析

該故障重點(diǎn)在于分析TCU 上電不能啟動的原因，機(jī)車在運(yùn)行過程TCU1 故障隔離中TCU2 能正常工作說明故障出現(xiàn)在TCU1 內(nèi)部。因?yàn)镠XD1 型電力機(jī)車在系統(tǒng)重新啟動時CCU 會先進(jìn)行自檢，CCU 自檢完成后立即發(fā)送指令給SKS3讓A13F_00（TCU1 啟動指令）、A140_00（TCU2 啟動指令）閉合，TCU 開始上電啟動自檢。當(dāng)某個TCU 自檢通過則發(fā)送信息給CCU 表示系統(tǒng)一切正常，CCU 接收到TCU 的消息后通過SKS3 繼續(xù)保持該TCU 啟動指令閉合。當(dāng)某TCU 自檢不能通過則發(fā)信息給CCU，CCU 接收到TCU 的異常信息后立即通過SKS3 斷開該TCU 啟動指令，使其斷電隔離。另外如果CCU 無法與TCU 通訊或者因故障原因需要隔離TCU 也會通過SKS3 斷開該TCU 的啟動指令，使其斷電隔離。

2.4 評價和建議

熟悉牽引變流系統(tǒng)的故障隔離工作原理，就能更好地結(jié)合實(shí)際故障現(xiàn)象快速鎖定故障原因。另外HXD1 型電力機(jī)車基于西門子Sibas32 系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠通過Monitor 軟件查詢故障信息，監(jiān)控和強(qiáng)制IO 輸入輸出信號能夠更方便地查找故障點(diǎn)。查詢故障時因該靈活運(yùn)用Monitor 軟件結(jié)合機(jī)車運(yùn)行原理和電氣原理圖進(jìn)行故障分析與排查，以提高工作效率。