CRH2型动车组牵引变流装置接地故障诊断研究

可心萌 牛晨旭

（郑州铁路职业技术学院 河南郑州 451460）

CRH2型动车组牵引变流装置接地故障诊断研究

可心萌 牛晨旭

（郑州铁路职业技术学院 河南郑州 451460）

介绍CRH2型动车组牵引变流装置的功能特点和工作原理，结合其故障诊断和保护功能，对发生频率较高的接地故障进行分析和排查，根据实际案例给出了CRH2型动车组牵引变流装置接地故障的处理方法和预防建议。

动车组 牵引变流装置 故障诊断

CRH2型系列动车组是中车集团下属四方股份有限公司生产的高速动车组，该系列车型包括CRH2A、CRH2B、CRH2C、CRH2E等，是我国目前高铁中的主力车型之一[1]，在全国大多数开行高铁的路局都有配属，运用范围极广。牵引系统是高速动车组的核心技术之一，对动车组的正常运营起着决定性作用[2]。牵引变流装置作为牵引系统的关键部件，其故障的分析、处理及合理预防具有重要意义。

1 CRH2型动车组牵引变流装置简介

牵引变流装置是动车组将高压交流电转变为可控动力电源的一种变流装置。其主要功能是完成直流制和交流制之间的电能转换，并控制和调节牵引电机的电源，既可以为列车提供动力牵引，又能够实加再生制动，从而起到控制动车组运行的作用。CRH2型动车组每辆动车配备一台牵引变流装置，控制本车的4台牵引电机。全列动车组的4台牵引变流装置因发生故障被切除后，将采取相应的限速甚至救援等安全措施，见表1。

表1 CRH2型动车组牵引切除后的最高运行速度

牵引变流装置由脉冲整流器、直流平滑电路、逆变器、真空交流接触器等主电路设备和无触点控制装置、控制电源等控制电路设备构成，见图1。其中，脉冲整流器为单向电压3点式PWM整流器，相对应的逆变器为三相电压3点式PWM逆变器[3-4]。上述设备共同封装于牵引箱中，具有故障诊断和保护功能，采用轻量化设计，既减小了动车组车下设备的总装空间，也有效降低了车辆总重。

图1 CRH2型动车组牵引变流装置原理图

2 牵引变流装置接地故障的分析

2.1 故障分类

牵引变流装置根据出现故障危害的大小，划分故障为3个等级：1级故障：VCB断开，CI被隔开，不能自动复位，不接收复位开关复位，通过断合控制电源后重新上电为止；2级故障：CI被隔开，不能自动复位，接收复位开关复位；3级故障：自动复位。本文所分析的牵引变流装置接地故障是一种综合类的复杂故障，造成的原因较多，在实际运用中需要视情况逐个排查。

2.2 接地故障的分析和处理方法

（1）故障记录下载

CRH2型动车组牵引变流装置本身具有故障诊断功能，在故障动车组入库后，首先应查寻网络控制装置（MON）上的故障记录，根据相应的故障代码和代码报出的先后顺序进行分析和排查，与牵引变流装置接地故障相关的故障信息代码含义如下：

牵引变流器VDLV2（代码023）：直流低电压2，由DCPT1、2电压传感器检出，检测值为1300±5%V。会跳主接触器K，能够自动复位。

牵引变流器GD1（代码055）：牵引变压器2次侧接地1，由接地保护单元GCT检出，检测值3±1A。会跳主接触器K，MON上报牵引变压器故障代码004，需操作复位开关复位。

牵引变流器GD2（代码050）：牵引变压器2次侧接地2，由接地保护单元GCT检出 ，K开放300ms后3±1A。会跳主断路器（VCB），需重合VCB操作复位开关复位。MON上报主回路接地故障142及牵引变流器故障1，代码004。

牵引变流器OVTGD（代码024）：OVTh误点弧，由DCPT1、2电压传感器检出，检测值为100V±3%、30秒内检测到3次。会跳主接触器K，需操作复位开关复位。

同时，牵引变流装置的无触点控制装置可以下载更为详尽的故障履历记录，并得到故障报出时列车的具体工况（牵引、恒速和不同等级的制动工况等）。此外，在检修库内还可以通过动车组启动试验来观察故障特点，以达到故障重现的目的。

（2）故障分析和处理

根据牵引变流装置的主电路，结合所下载的故障数据和库内故障再现的情况，可以从两个大的方面来排查牵引变流装置接地故障的故障点：

中间直流侧回路有接地或检测回路有故障造成动作

①触控制装置在数据收集处理过程中发生错误。对于这种情况，可以将故障单元的ISO(传感器板)、MPU1（整流器控制板）与非故障单元进行了调换，观察故障是否发生转移。在实际应用中为了提高效率，也可以把故障单元的整个无触点控制回路与非故障单元进行了调换。

②电阻器单元故障。对于这种情况，可以用万用表对电阻单元的DVe1、DVe2、OVRe1、OVRe2这几个电阻进行的测量，观察其阻值是否都在标称范围内。

③接地保护单元GCT误动作。对于这种情况，可以将故障单元的接地保护GCT与非故障单元进行了调换，观察故障是否发生转移。

④过电压保护OVTh单元故障。同样可以将故障单元的过电压保护OVTh与非故障单元进行了调换，观察故障是否发生转移。

牵引变流装置输入侧或输出侧有接地点

牵引变流装置一边与主变压器相连，另一边与牵引电机相连，其接地故障的接地点有可能存在这两个设备当中。根据牵引系统主电路分析，可以用万用表测量中间电路中501、501a、502几条大线的对地绝缘值。若对地绝缘值很低，则可以判断牵引变流装置输入侧或输出侧有设备接地，此时需要对二次侧绕阻、牵引电机、功率模块分别进行接地测量。在实际检修过程中，也可以对牵引变流装置内部进行检查，通过有无放电烧损点或有无异味来进行此类故障的初步排查。

2.3 故障案例

2008年2月23日，CRH2型组动车2038次于19:11分北京站刚出站后司机提手柄加速时，车辆信息屏上报第6车（因动车组重联系统显示为第14车厢）牵引变流器故障，其故障代码和故障报出顺序见表2。该车牵引变流器主接触器断开，司机按压操纵台复位按钮，但故障仍旧不能消除。 随后司机按规定程序切除该车动力维持运行。

表2 故障记录信息

首先，根据故障所报出的先后顺序我们可以发现：先是中间直流电压低（故障代码023），紧接着报接地故障（故障代码142），最后报出的OVTh误点弧（故障代码024）。所以我们可以初步判断OVTh误点弧应该是中间直流电压异常后导致的关联故障，应当不是这次的故障的根本原因。

其次，我们要排查输入侧或输出侧有接地的可能，用万用表测量中间电路，发现501、501a、502几条大线对地绝缘值很低，只有20K左右，由此基本可以确认是接地点故障。同时，对牵引变流装置内部大线进行了仔细的目测检测，没有发现有放电烧损点，也无异味出现。考虑道故障报出是在整流器工作后、逆变器刚投入时发生的，所以在负载侧存在接地的可能性比较大。

基于以上分析，把牵引电机断开，以确认是否为牵引变流装置内部接地，用兆欧表量牵引变流装置内部大线绝缘值均在50兆欧以上，再测量牵引电机，发现对牵引电机机壳存在接地问题，再经进行一步测量，查出是第一位牵引电机绕阻接地，故障找出。

3 结论

CRH2型动车组牵引变流装置集成性强、技术含量高，且对动车组的运营效率影响较大，在日常的检修中应提高重视。牵引变流装置既连接主变压器又连接牵引电机，其接地故障属于较为复杂的综合性故障，在故障的排查和检修时需要确认对待出现的任何一个错误信息，并重视故障信息报出的时间顺序。同时，在日常的计划性检修中也有必要加强对接地和绝缘性能的检查，以达到预防相关故障的目的。

[1]戴舜华.CRH2型系列动车组牵引变流器介绍及故障分析[J].铁道机车车辆,2013, 33(2): 93-97

[2]毛林根.浅谈牵引变压器的检测与故障诊断[J].铁道机车与动车, 2016, (10): 36-40

[3]彭华东,王慧.CRH2C 型动车组牵引变流器故障分析[J].铁道技术监督,2013, 41(3): 33-35

[4]戴晨曦,刘志刚,胡轲蜓.关于高铁CRH2型动车组逆变器故障诊断研究[J].计算机仿真,2016,33(4): 217-222

Research on Ground Fault Diagnosis of CRH2 EMUs Traction Converter

KE Xin-meng NIU Chen-xu
(Zhengzhou Railway Vocational & Technical College Zhengzhou Henan 451460 China)

The feature functions and working mechanism of CRH2 EMUs Traction Converter are first introduced. Combining this with fault diagnosis and protection function, the most frequently occurred ground faults are analyzed and identified. Based on what has been discussed above, handling methods and prevention proposals for CRH2 EMUs Traction Converter ground faults are thus put forward.

EMUs traction converter fault diagnosis

A

1673-1816(2017)03-0068-04

2016-06-18

可心萌（1987-），男，蒙古族，河南滑县人，硕士，助教，研究方向城市轨道交通车辆系统动力学和强度方面研究。