CRH2型动车组在运行中报135故障的分析

2015-03-28上海铁路局车辆处

上海铁道增刊 2015年3期

厉浩上海铁路局车辆处

厉浩上海铁路局车辆处

针对CRH2型动车组在既有线路上运行途中报全列辅助电源装置135故障，选择一列CRH2型动车组在既有线路上进行牵引供电网谐波和车网匹配关系的测试。在各车主电路及辅助电路上分别安装电流、电压、速度传感器及数据采集系统，通过对本次试验的测试结果及动车组技术特点，对造成故障的原因进行了分析，并就故障解决提出了建议。

辅助变流器；牵引变流器；网压波形；网压峰值；谐波

目前全路CRH2型动车组占全路动车组一半以上，其中很大一部分CRH2型动车组都在既有线路上运行，与客车混跑。自 2013年以来，某局配属的 CRH2A、CRH2C和CRH380AL三种车型动车组先后在运行途中报全列辅助电源装置135故障，造成牵引设备无通风冷却能力，导致全列失去牵引，给正常运营造成较大影响。

1 相关原理

1.1 APU控制逻辑

APU采用AC-DC-AC的主电路拓扑（图1），其主电路主要由充电电路、输入变压器、AC-DC整流电路及DC-AC逆变电路构成。

图1 APU主电路拓扑

APU的启动逻辑如下：

（1）检测到牵引变压器三次侧绕组有输入电压后闭合IVK2，通过充电电阻对中间支撑电容进行充电，之后闭合短接接触器IVK1，并断开充电接触器IVK2，完成充电过程。

（2）充电完成后启动PWM整流控制直流侧电压。

（3）整流电路启动正常后，启动DC-AC逆变电路，通过LC滤波器使APU输出3AC400 V/50 Hz电压。

1.2 辅助变流器过分相后的启动

辅助变流器过分相后的启动分为两种情况：过分相时间较长时，辅助变流器直流电压线性降至约700 V，之后直接不控整流充电。过分相时间较短时，辅助变流器直流电压线性降至约700 V，之后仍在分相中，则自然放电至接近0 V，之后进行完整的充电启动过程。

动车组完整的充电启动过程分为3段：预充电，不控整流充电，PWM恒压整流控制。试验前更新了1车APU控制软件，使1车及8车启动时的充电时间有所不同。通过测试1/8车APU过分相后启动过程电压数值，1车正常情况下预充电时间约为0.7 s，最终电压幅值约为620 V；不控整流时间约0.27 s，最终电压幅值约900 V；PWM控制时电压保持在840 V。8车正常情况下预充电时间约为1.69 s，最终电压幅值约为700 V；不控整流时间约0.56 s，最终电压幅值约900 V；PWM控制时电压保持在840 V。

当辅助变流器直流侧电压超过1000V时，辅助变流器报出APU 135过压故障。此时需通过复位键复位APU，如多次复位不成功，则需切除故障辅助变流器。另外辅助变流器具有自复位功能，即通过软件设置辅助变流器再次充电，一旦检测到充电辅助变流器中间环节充电失败，则自动重新启动，如果启动成功，则司机屏不报故障。

2 故障数据分析

在试验期间，CRH2型动车组过分相后，各故障信息记录见表1。

表1 故障信息记录

2.1 故障一

故障一时，测试和采集1车/8车辅助变流器的中间电压，充电电压达到约1 100 V，此时辅助变流器未能从不控整流切换至PWM控制模式。测试和采集动车组过分相后辅助变流器及牵引变流器均未启动阶段的网压波形及FFT分析，发现17次（850 Hz）、19次（950 Hz）、21次（1 050 Hz）明显偏高，17次谐波有效值超过2.5 kV，网压峰值最大超过46 kV。测试和采集动车组过分相后辅助变流器预充电阶段的网压波形及FFT分析，发现17次（850 Hz）、19次（950 Hz）、21次（1 050 Hz）明显偏高，17次，19次谐波有效值均超过2.5 kV，网压峰值最大超过46 kV。测试和采集动车组过分相后辅助变流器不控整流充电阶段的网压波形及FFT分析，发现17次（850 Hz）、19次（950 Hz）、21次（1050 Hz）过高，17次谐波有效值已接近5 kV，19次21次谐波有效值均超过2.5 kV，网压峰值最大超过47 kV。

2.2 故障二

故障二时，测试和采集1车/8车辅助变流器的中间电压，充电失败时充电电压达到约1 030 V，此时辅助变流器未能从不控整流切换至PWM控制模式，自重启后辅助变流器工作正常。测试和采集过分相后辅助变流器及牵引变流器均未启动阶段的动车组网压波形及FFT分析，发现17次（850 Hz）、19次（950 Hz）谐波有效值接近2.5 kV，21次谐波较低，网压波峰在40 kV附近。测试和采集动车组过分相后辅助变流器预充电阶段的网压波形及FFT分析，发现17次（850 Hz）、19次（950 Hz）谐波有效值接近2.5 kV，21次谐波较低，网压波峰在40 kV附近。测试和采集动车组过分相后辅助变流器不控整流充电阶段的网压波形及FFT分析，发现17次（850 Hz）、19次（950 Hz）、21次（1 050 Hz）谐波明显增大，其中17次、19次谐波超过2.5 kV，21次谐波也比预充电阶段增加，网压波峰在40 kV附近。测试和采集动车组自重启时的网压波形及FFT分析，发现17次（850 Hz）、19次（950 Hz）、21次（1 050 Hz）谐波仍较大，但均低于启动失败时的幅值。

2.3 故障三

故障三时，测试和采集1车/8车辅助变流器的中间电压，充电电压达到约1 100 V，此时辅助变流器未能从不控整流切换至PWM控制模式。复位一次辅助变流器仍不能正常工作，两分钟后，再次按下复位按钮，8车APU正常投入。测试和采集动车组过分相后辅助变流器充电失败时的网压波形及FFT分析，发现17次（850 Hz）、19次（950 Hz）、21次（1 050 Hz）较高，17次、19次谐波有效值已超过2.5 kV，21次谐波有效值接近2.5 kV，网压峰值最大超过45 kV。测试和采集第二次复位时的动车组网压波形及FFT分析，发现17次（850 Hz）、19次（950 Hz）、21次（1 050 Hz）谐波较低，网压峰值低于43 kV。

2.4 故障四

故障四时，测试和采集正常通过分相区所时的1车/8车辅助变流器的中间电压、分相区两端下行方向的供电臂末端网压和网压谐波、动车组的网压谐波。通过对比发现谐波含量较低，且没有引起充电失败的17次、19次、21次特征谐波。此时由于动车组要过分相，因此牵引手柄回零位，动车组没有监测到由牵引变流器引起的2 500 Hz左右的特征谐波。

2.5 故障五

故障五时，测试和采集1车/8车辅助变流器的中间电压，充电失败时充电电压达到约1 200 V，此时辅助变流器未能从不控整流切换至PWM控制模式，短时间内多次按复位按钮对辅助变流器直流侧充电，导致1车辅助变流器充电电阻烧毁，8车辅助变流器启动成功。测试和采集过分相后辅助变流器及牵引变流器均未启动阶段的动车组网压波形及FFT分析，发现17次（850 Hz）、19次（950 Hz）谐波有效值已超过2.5 kV，21次（1 050 Hz）谐波有效值也接近2.5 kV，网压波峰超过45 kV。测试和采集过分相后辅助变流器不控整流充电阶段的动车组网压波形及FFT分析，发现17次（850 Hz）谐波有效值已接近5 kV、19次（950 Hz）谐波有效值已超过3 kV，21次（1 050 Hz）谐波相对较低，网压波峰接近50 kV。

2.6 故障六

故障六时，动车组通过分相区后1车和8车发生APU135故障。此时仍在监测上行及下行27.5 kV馈线电压，因此十分具有参考意义。测试和采集8车辅助变流器的中间电压、车上监测网压及分相区所监测的上行网压波形、CRH2型动车组未进入分相区供电臂时的分区所网压谐波和动车组网侧电压谐波。发现动车组未进入该供电臂下运行时，分区所监测网压已有17次、19次、21次谐波，车上监测的网压也并未监测到明显的该频段的谐波，车上监测的特征谐波为2 500 Hz，符合CRH2动车组牵引变流器1 250 Hz的开关频率。因此17次、19次、21次频段的谐波不是由于CRH2A动车组引起的。

测试和采集动车组进入分区所供电臂后的分区所网压谐波和动车组网侧电压谐波。发现动车组进入该供电臂下运行后，分区所监测网压的17次、19次、21次谐波并未有放大现象，但车上监测网压的17次、19次谐波明显增大，且均超过2.5 kV。

3 理论分析

3.1 谐波频谱分布分析

从试验的测试结果可以看出，影响CRH2型动车组充电故障的谐波次数主要为17次，19次，21次，谐波频率分别为850 Hz，950 Hz，1 050 Hz，主要特征谐波的为900 Hz或者1 000 Hz的交流大功率机车造成的。从各故障信息记录表中可以看出，CRH2型动车组辅助变流器故障时，同一供电臂下运行的机车包括HXD1，HXD1C，HXD3，三种机车开关频率分别为450 Hz、450 Hz，500 Hz，特征谐波均为900 Hz附近。

1.整机安装插秧机的基本构造由发动机、传动系统(变速箱)、行走机构(转向离合器、驱动轮)液压仿形系统、操纵和调节机构、取秧量调节机构、移箱器等组成。出厂时，将这些部件包装运到各地，购机户应在技术人员的指导下，按插秧机说明书的要求进行安装。

3.2 辅助变流器充电逻辑的分析

CRH2型动车组辅助变流器过分相后的启动分为两种情况：

（1）过分相时间较短时，辅助变流器直流电压线性降至约700V，之后直接不控整流充电。

（2）过分相时间较长时，辅助变流器直流电压线性降至约700 V，之后仍在分相区中，则自然放电至接近0 V，之后进行完整的充电启动过程。故障一般发生在第二段不控整流充电阶段。APU充电逻辑时序见图2。