GZ128增购车T14列正线调试跳高断故障分析及解决措施

2013-06-06廖俊

机电工程技术 2013年6期

廖俊

（广州市地下铁道总公司，广东广州 510310）

1 故障现象

2013 年1 月23 日凌晨，GZ128 增购车项目T14 车正线调试时，在未动车的情况下，突然出现4 个动车高速断路器同时跳开的现象，并一直报“高断允许线圈反馈故障”及“VVVF 严重故障”，HMI 屏显示受电弓状态正常（都为升弓状态），多次尝试合主断不成功，重新分合蓄电池后合主断恢复正常。

2 高断允许回路简介

DCU 的DIO 插件发出高断允许信号后，经由车上电路（升弓保持、紧急停车这两个继电器的相关触点），再回到高压箱内的“高断允许继电器”线圈上，此线圈的闭合为执行合高断操作的第一步[1]，具体见图1所示。

3 高断允许线圈反馈故障

如图2 和表1 所示，根据AND 逻辑，要DIO_MCB_En_Fault 为 1，则 DIO_MCB_En、SMC_MCB_En、MVB_Arc_State三个量必须分别是1、0、1，SMC_MCB_En为1是应该的，主断是允许的，因为当时受电弓状态正常（都为升弓状态），即MVB_Arc_State 是为1，DIO_MCB_En 肯定是为0了。

图1 高断允许回路电路图

表1 信号说明

图2 高断允许线圈反馈故障逻辑图

从原理图来看，导致DIO_MCB_En为0，只有21-K08 失电，且四个车的DIO_MCB_En（主断允许反馈）都为0，紧急停车环线可能出了问题。

4 现场故障排查

1 月24/25 日，调试技术人员围绕T14 高断允许回路进行了排查，未发现回路信号有异常。但发现T14 车在受电弓未完全升到位的情况下按“HSCB 合”按钮，很容易报出“高断允许线圈反馈”故障，并跳开高断。

1 月26 日，调试技术人员进一步排查，发现在受电弓未完全升到位的情况下按“HSCB合”按钮，能检测到网压信号出现超过2 000 V的尖峰值（微秒级时间间隔），T14/T15两车出现了SPU发出跳高断指令的情况。

5 故障原因分析

5.1 DCU体系结构简介

在分析此故障之前，先简单介绍下DCU内和此有关的3块插件：SPU/SMC/DIO，如图3所示。

图3 传动控制单元DCU框图

SPU：Signal Processing Uint，信号处理单元，在DCU子系统中承担电流/电压等模拟信号采样/放大等功能，同时还通过CPLD 程序进行相关故障的保护（通常称此种保护为硬件保护），保护的响应级别为微秒级。

SMC：System Management and Communication，系统管理与通信，为DCU 子系统的主控CPU 板，承担子系统的内部通信管理、逻辑控制及保护、MVB 通信等功能，其任务处理周期为10 ms。

DIO：Digital Input and Output，数字入出，为DCU子系统对外的110 V I/O信号接口插件，DCU对高压箱内高断/接触器/继电器等的控制最终都是通过DIO来完成的。

关于高断允许这个信号，可以简单表述为以下的一个AND 逻辑关系，如图4 所示，其中SMC发出的高断允许是综合了SPU 高断允许信号的，即：如果SPU 发了禁高断，会告知SMC，SMC 也会立即禁高断。

图4 高断允许逻辑关系图

5.2 SPU改造相关背景

SPU 在DCU 子系统中承担了硬件保护的功能，其中关于网压过压的保护门槛，最初的整定值为2 000 V，即如果SPU 检测到网压值大于2 000 V，立即发出禁高断信号并锁定故障，同时报给SMC 插件。广州128 增购车项目在投入运营初期，发生过网压过压跳高断现象，由于广州地铁的供网条件不算很好，正线线路上确存在瞬间超2 000 V的可能。基于此，DCU进行了调整，取消了SPU 对网压过压故障的检测与动作，改由SMC软件做两级门槛来保护。具体为：SPU不直接做网压过压故障的判断，SMC 不再理会SPU 报过来的网压过压故障条目，SMC 自己根据SPU 送来的网压值做判断，设两级门槛：I级为超过2 000 V达到500 ms；II 级为超过2 350 V 达到10 ms。任一门槛达到后，SMC发出禁高断指令[2]。

南车时代设计人员完成了相关技术验证后，归档程序，提交了改造申请，由售后人员执行升级新版程序的操作。

5.3 T14正线调试四车跳主断故障分析

1 月26 日，南车时代技术人员赶赴现场后，确认了一个情况：T14/T15两列车并未进行SPU插件的改造，但SMC程序已改造到位了。

综合这些信息，可进一步分析，1 月23 日凌晨正线调试时的四节动车同时跳高断，很有可能就是瞬间出现了网压超过2 000 V（低于500 ms），SPU 检测到网压瞬间大于2 000 V（持续时间少于500 ms），会执行跳高断动作（发出禁高断信号），但SMC 已经屏蔽了SPU 报来的此故障条目，而SMC 还是会发出高断允许信号，因SPU 禁了高断，因此DIO 不会发出高断允许，所以高断允许继电器线圈也得不了电，但从SMC的角度而言，就变成了“SMC 发出了高断允许，在升弓保持/紧急停车回路都已建立起来的情况下，但收不到高断允许反馈”，所以会报“高断允许线圈反馈故障”[3]。

出现此故障后，跟车人员进行了按复位按钮复位的操作，但无法复位，这是因为，SMC 收到复位指令后，如果本DCU未出现故障，不会下发复位指令，也从某种层面佐证了“此故障为SPU动作并锁死的故障，但SMC 不认为是故障”。而对于这种情况，在T14/T15 两车SPU 插件未改造的前提下，对于网压过压，确会出现。

5.4 升弓后立即合高断网压监控

在T15 车（SPU 未改造）上进行测试，发现了如下现象：在I端动车监控，在任一端进行升弓操作，都发现在受电弓未完全升到位的情况下按“HSCB 合”按钮（即高断先合，受电弓后触网）时，I 端DCU 能监测到一个微秒级的网压尖峰值，超过了2 100 V，如图5所示。

5.5 整改方法

（1）对于T14/15 列车对SPU 插件进行改造，刷新应用程序。

（2）为保证已有车辆装车SPU 插件程序正确有效，对SPU 插件功能进行重新验证。验证方法：在高断先合受电弓后触网的情况下，相当于模拟出一个大于2 000 V的尖峰电压。用已有车辆进行此类操作，同时用监控软件进行网压波形监控，当尖峰电压出现时，观察高断状态。如高断状态正常。即SPU 程序已做更新，如出现跳高断情况，需对SPU 插件程序进行重新更新，并再次进行操作确认。