广州地铁5号线国产化辅助逆变器200%过载保护故障分析及整改

李永全

(广州市地下铁道总公司　运营二中心, 广东广州 511430)



广州地铁5号线国产化辅助逆变器200%过载保护故障分析及整改

李永全

(广州市地下铁道总公司运营二中心, 广东广州 511430)

广州地铁5号线国产化辅助逆变器自投入运用以来，正线频繁出现200%过载保护故障，重点分析导致该故障的原因并提出整改意见。

广州地铁5号线; 辅助逆变器; 200%过载保护

广州地铁5号线列车采用了国产化辅助逆变器(以下简称SIV)，6节编组列车共安装了2台SIV，每台SIV负责为3节车提供交流380 V交流电源，自2013年3月份开始投入使用，同年7月份起陆续出现逆变器电路输出200%过载保护故障(简称200C故障)，对列车正常运营带来了极大的影响，多次造成列车调整下线。

1　SIV交流负载分析

表1为SIV交流负载统计表，从表中可知，空调压缩机为列车主要的交流负载，其启动瞬间电流较大，对SIV输出电流的影响较大。空调压缩机是制冷系统的心脏，可大致分为5大类型：往复式、螺杆式、回转式、涡旋式和离心式，5号线国产化列车采用了螺杆式压缩机，启动电流通常比额定电流高5～6倍。

表1　SIV交流负载统计表

2　空调压缩机启动控制

每节车设置2个空调机组，由1个空调控制单元(以下简称ACU)控制机组工作。为了避免空调压缩机与空气压缩机同时启动造成的冲击电流，通常利用列车控制系统(以下简称TMS)对空调压缩机进行顺序启动控制，具体控制逻辑见图1所示。

TMS通过车辆总线给ACU发送启动码，每隔10 s改变一次启动码，在制动空气压缩机没有启动的情况下，每个ACU每隔60 s接收到一次启动码。只有当ACU收到持续时间为2 s的启动码时，才启动对空调机组的控制，若空调机组已启动，ACU将自动忽略此信号。同时，当TMS检测到空气压缩机正在启动时，自动将10 s的时间间隔调整为13 s，以避免空调压缩机与空气压缩机同时启动。

ACU负责本节车2个空调机组压缩机的顺序启动管理，保证每一时刻仅有1台空调压缩机启动，当ACU收到启动码后立即控制1个机组的1台压缩机启动，5 s后再启动另外1个机组的1台压缩机，以此类推。

图1　空调压缩机顺序启动控制逻辑图

3　原因分析

列车事件记录仪数据显示，发生200C故障前后，SIV输出的三相交流电压始终保持稳定，未发现明显电压波动，而电流则在60 ms内迅速上升到超过SIV相电流保护峰值(门槛值815 A)，当SIV相电流超过保护峰值，则报出200C故障，如图2所示。

图2　过载故障波形图

为了进一步验证多台压缩机组同时启动的电流值，试验人员利用示波器开展了电流测试试验。当运行过

程中2个机组(4个压缩机)关断后立刻重启，启动瞬间的峰值电流为390 A，如图3所示。

图3　停止后立刻启动电流波形

若2个机组压缩机在静止状态下同时启动，启动瞬间的峰值电流约为640 A，如图4所示。考虑到实际运用情况下，不可避免的存在电流谐波、畸变等因素。结合电流测试试验的结果，如果4台或更多压缩机同时启动，电流值便可能超过SIV保护值。

图4　4台压缩机同时启动电流波形

4　调查论证

为了进一步验证空调实际运行中是否存在多台压缩机同时启动的现象，现场利用列车网络系统数字量采集模块，监测空调压缩机接触器的通断状态，当接触器接通后，压缩机开始工作，因此监测接触器的常开触点状态，便可掌握压缩机的工作状态。其中数字量采集模块各端口所采集的压缩机状态位见表2所示，其中压缩机3、压缩机4接触器触点并联后输入到数字量采集模块中。

表2　数字量采集模块端口分配表

表3为2015年10月1日117118车的监测数据，监测周期为100 ms，从表中可以看出，涂黄色部分为异常现象，A1和B0车所有空调压缩机出现同时断开(约100 ms)，然后瞬间又同时闭合(约100 ms),随后列车出现SIV 200C故障，SIV故障后停止输出380 V交流电，因此200 ms后A1、B0、B1车所有压缩机停止工作，由此证明实际运用过程中确实存在多个空调压缩机同时启动的情况。

表3　2015年10月1日117118车监测数据

注：表格中1表示压缩机启动，0表示压缩机停止，涂黄色部分表示压缩机正常工作时，停止后又瞬间同时启动。

空调压缩机接触器直接受ACU的数字量输入输出板(DIO板)控制，该板块负责接收主板发送的DIO设定数据包，DIO板解析该数据并刷新到硬件IO寄存器，使IO口驱动相关接触器动作，在解析数据过程中，可能受到干扰使内存数据被意外修改，导致IO口状态与主板发送的DIO数据包不相符，出现压缩机等设备的闪断。

由此在DIO板程序中增加数据校验功能，即对比寄存器与主板发送的数据是否一致，若不一致则判断为校验错误，舍弃该数据包，重新接收主板发送的数据。2014年12月利用115116车装车验证新版DIO板软件，分别监测3个时间点各节车空调压缩机的启动情况，结果如表4所示，除已刷新新版软件的05A115车外，其余5节车仍然存在空调压缩机闪断现象，验证了通过刷新DIO板软件可有效解决压缩机闪断问题。

表4　新版DIO程序监测效果

5　结　论

刷新空调DIO板程序后解决了空调压缩机闪断问题，并经长期跟踪，SIV 200C故障亦未再次出现。空调是辅助逆变器的重要负载，因此在设计阶段必须采用顺序启动控制逻辑，同时要对IO端口的输出进行严格的校验，确保系统各部件的启动能按照规定要求执行，才能最终避免出现负载突变而导致辅助逆变器输出过载的问题。

[1]陈文卿,马元,彭学院,等.制冷压缩机基础理论研究与关键技术开发[J].制冷学报,2010,(4)：14-21.

[2]南车青岛四方机车车辆股份有限公司.广州市轨道交通五号线直线电机车辆列车控制系统说明书[Z],2011.

[3]南车青岛四方机车车辆股份有限公司.广州市轨道交通五号线直线电机车辆SIV控制单元说明书[Z],2011.

[4]南车青岛四方机车车辆股份有限公司.广州市轨道交通五号线直线电机车辆空调控制单元说明书[Z],2014.Guangzhou Metro Line 5 Localization of the Auxiliary Inverter 200% Overload Protection Failure Analysis and Improvement

LIYongquan

(Guangzhou Metro Corporation, Operation Two Center, Guangzhou 511430 Guangdong, China)

Localization of GuangzhouMetro Line 5, the auxiliary inverter since put into use, the main frequent 200% overload protection failure, this paper analyses the cause of the failure and improvement opinions are put forward.

guangzhou metro line 5； auxiliary inverter； 200% overload protection

1008-7842 (2016) 04-0078-03

��)男，工程师(

2016-03-21)

U239.5

Adoi:10.3969/j.issn.1008-7842.2016.04.19