铁路客车DC 600 V车下电源装置维修优化研究*

宋英杰， 刘晨亮

(1 北京纵横机电技术开发公司， 北京 100094；2 中国铁路沈阳局集团有限公司 沈阳车辆段， 沈阳 110000)

列车DC 600 V供电系统采用由机车集中整流，客车分散逆变的供电方式。系统主要由DC 600 V供电电源装置、车端连接器、DC 600 V/AC 380 V逆变电源(简称为逆变器)、DC 600 V/DC 110 V电源装置(简称为充电器)、客车电气综合控制柜、蓄电池组、DC 600 V输配电电缆及用电负载等设备组成。其中DC 600 V供电电源装置安装在机车上，由机车集中整流后输出DC 600 V给客车。客车DC 600 V车下电源装置指的是安装在客车车下的逆变器和充电器，逆变器、充电器将机车DC 600 V供电转换为AC 380 V和DC 110 V，满足客车空调、采暖、照明等电器的用电需求。

1 DC 600 V电源装置大修现状分析

在DC 600 V电源装置统型之前，生产厂家主要有5家，各个厂家的逆变器、充电器结构不同，配件不能互换，质量可靠性差别较大，给现场使用及维修工作带来了诸多不便。

由于统型的DC 600 V电源装置还未大批量进入大修周期，目前，各厂家维修的DC 600 V电源装置基本都是非统型的。由于受自身检修能力及核心技术等因素的限制，绝大多数主机厂都对DC 600 V电源装置实施了委外检修。一般情况下，委外检修时不区分5个生产厂家的产品，而是整体打包，各个厂家的产品都有，这就要求承修厂家要掌握各型电源的检修技能，这对委外厂家的检修能力提出了更高的要求。

另外，由于5种DC 600 V电源装置产品存在的差异，检修的侧重点也应不一致，如有的厂家箱体腐蚀严重，大修时需要重点对箱体进行检修；有的厂家电路板故障较多，大修时需要对电路板上的元器件进行更换。这就需要各大修厂家在平时注意数据积累，统计相关产品的故障率，针对故障率较高的部件进行重点攻关，这样既可以减少检修后产品的故障率，降低售后服务费用。同时也可大幅提升大修产品质量的可靠性。

2 DC 600 V电源装置大修规程分析

现行DC 600 V电源装置检修按照《铁路客车电气装置检修规则》(铁总运〔2015〕29号)相关要求执行，检修等级分为E1、E2、E3、E4和E5，其中E1修程对应客车运用维修的专项修，E2～E5修原则上应与客车定期检修同步进行，E2、E3修为段修，结合客车A2或A3修进行，E4、E5修为大修∕厂修，结合客车A4或A5修进行。电气装置检修周期见表1，客车检修周期见表2。

E1、E2、E3修时，DC 600 V电源装置可不下车，实施现车检修；E4、E5修时DC 600 V 电源装置下车分解检修。DC 600 V电源装置大修指的是E4、E5修，对应客车A4、A5修。逆变器和充电机E4修的主要内容如下：

(1) 箱体检修

表1 检修周期表

表2 客车检修周期表

箱体清洁除锈，脱焊、变形时焊修或调修；箱体破损或腐蚀深度超限时挖补或截换；箱体吊耳须探伤无裂纹，厚度超限时更新；箱门开、关灵活，锁及附件作用良好。散热器清洁、检查；箱体内外涂漆均匀；更新密封条。

(2) 电气部件检修

各部件清洁；变压器匝间短路、绕组绝缘层损坏时修复或更新，引线断裂、脱焊时修复或更新，铁心紧固无松动，重新进行浸漆、烘干、测试，变压器初级和次级绕组之间及其与外壳之间的绝缘电阻值符合要求；电解电容更新；散热风扇更新；清除断路器、接触器、电压传感器等电气元件表面污垢，接触器内部清洁，线圈绝缘层变质时更换，触点光洁，无烧损、粘连；断路器、接触器、电压传感器等电气元件检修后须检测性能符合规定；清洁输入和输出滤波器、充电和放电电阻、各电路板、IGBT模块，测试功能正常，电路板元器件焊接无松动，脱焊，有烧损痕迹时须修复或更新，各熔断器容量须符合图纸文件规定；各接线端子排表面整洁，开裂、老化、变形时更新，挡片齐全，导线老化破损时更新，两接线端子间的配线无接头，端子规格应符合要求，线径应与通过的电流大小相匹配，接线端子压接牢固，电气元件位号、配线线号清晰，导线穿越金属板时有绝缘保护，出线口护套更新。

(3) 组装试验

绝缘试验：无电测试，通电测试；逆变器通电试验：弱电试验，空载试验，轻载试验，额定负载试验，输入输出参数测定，软启动性能试验，模拟过分相试验，联网通信试验，双逆变器车互备功能试验，输入过压保护试验，输入欠压保护试验，输出电压稳定精度试验，降频降压输出试验，抗负载突变能力试验，控制电压波动试验，输出电压谐波失真测定，三相电压不平衡度试验。

充电器通电试验：蓄电池欠压保护试验，模拟过分相试验，温度补偿充电性能试验，限流充电特性试验，输入过压保护试验，输入欠压保护试验，输出特性试验，负载冲击性能试验，控制电压波动试验。

E5修的主要内容是在E4修的基础上执行以下标准：“满足不同厂家电路板级互换要求，配线更新、电路板、主回路直流接触器更新，否则，整机更新为符合互换要求的产品”。由此可见E5修是在E4修的基础上增加了换件修的要求。

从规程要求可看出DC 600 V电源装置大修主要是对各电气部件进行检修和试验，尤其是电路板的检修和测试。电路板检修质量的好坏直接影响DC 600 V电源装置的质量。由于DC 600 V电源装置厂家较多，统型前各厂家的电路板结构差别较大，互不通用，测试程序也不相同，检修难度较大。检修规程中对电路板检修描述较少，仅要求“清洁输入和输出滤波器、充电和放电电阻、各电路板、IGBT模块，测试功能正常。电路板元器件焊接无松动，脱焊，有烧损痕迹时须修复或更新”。可见规程仅对结果有要求，而对怎么检修，怎么测试电路板没有说明。这就要求各检修厂家自主进行技术攻关，摸清不同厂家的电路板的原理和特性，针对不同厂家的电路板提出具体的检修方案和测试要求。这也是DC 600 V电源装置大修的重点和难点。

3 DC 600 V电源装置大修技术优化研究

DC 600 V电源装置大修优化应以可靠性理论为基础，基于大数据统计分析，对产品故障率较高的部件重点检查或更换。下面以某单位的统计数据为例，说明DC 600 V大修优化的一般方法。

某单位在检修DC 600 V电源装置的过程中，搜集现场售后服务故障信息，数据统计分析产品的故障率，不同厂家的DC 600 V电源装置大修后一年内故障率差别较大(五家DC 600 V电源装置生产厂家分别以A、B、C、D、E代替)，逆变器故障率最高达到30.17%，最低只有8%，充电器故障率的比例最高达到14.06%，最低的一年内未发生故障。从统计数据分析， B厂家的逆变器、充电器故障率较高，E厂家的逆变器、充电器故障率都较低。这就要求检修B厂家逆变器、充电器时应针对产品薄弱环节进行重点检修；而对故障率较低的E厂家产品可按规程要求进行检修；对于故障率居中的厂家，应分析各部件的故障占比，针对具体部件进行检修优化。某单位DC 600 V电源装置大修后2015年故障情况统计表见表3。

表3 某单位检修的DC 600 V电源装置2015年故障情况统计表 %

注：表中故障率为部件故障数量占检修的该厂家逆变器∕充电器数量的比率。

图1 B厂家逆变器故障件占比

对于B厂家的逆变器故障情况进行分析，如图1。数据中主控板、驱动板、电源板、采样板故障数量占故障总数的59%。因此控制好主控板、驱动板、电源板、采样板的质量是逆变器大修的关键。尤其是采样板和主控板，两者的故障率占总故障的40%。

对于B厂家的充电器故障情况进行分析，如图2。数据中前后级板、IGBT、主控板故障数量占故障总数的61%。因此控制好前后级板、IGBT、主控板的质量是充电器大修的关键。另外由于保险故障数量占故障总数的11%，而保险属于低值产品，因此建议大修时对保险进行全部更换。

图2 B厂家充电器故障件占比

对于E厂家的逆变器、充电器故障情况进行分析。全年仅逆变器的驱动板和接触器各发生一次故障，故障较少。建议检修时可以只做规程要求的检修项目。

以逆变器为例，对故障率居中的产品进行数据分析，见图3～图5。

图3 A厂家逆变器故障件占比

图4 C厂家逆变器故障件占比

图5 D厂家逆变器故障件占比

A厂家逆变器主控板、驱动板、IGBT、保险的故障数量占故障总数的74%。建议重点对主控板、驱动板、IGBT进行检修，对保险进行全部更换。

C厂家主控板、传感器、电容的故障数量占故障总数的73%。建议重点对主控板、传感器进行检修，对电容进行全部更换。

D厂家接触器、主控板的故障数量占故障总数的41%。建议重点对接触器、主控板进行检修。

最终逆变器检修重点检查部件如表4所示。

表4 逆变器检修重点检查建议表

4 结束语

本文分析了某单位铁路客车DC 600 V电源装置现场运行故障数据，得出不同制造厂家的DC 600 V电源装置故障特点，针对不同厂家的故障特点，提出了维修优化建议。针对目前铁路客车配件型号较多、种类杂，各型号产品性能差异较大的特点，文中提出了一种检修优化方案，在完成检修规程规定内容的前提下，通过运行故障数据分析，可得出不同型号产品的故障特点，在检修中有针对性的加强薄弱环节整治，从而提高检修质量，保证铁路客车安全平稳运行。