地铁车辆辅助逆变器故障分析及整改研究

2019-08-13郑超

设备管理与维修 2019年7期

关键词：滤网接触器触点

郑超

（郑州地铁集团有限公司运营分公司，河南郑州 450046）

0 引言

为提升研究的实践价值，选择郑州地铁2号线与深圳地铁2号线作为研究对象，郑州地铁2号线经常发生IGBT辅助逆变器故障，深圳地铁2号线则在库内激活环节频繁出现IVLB（接触器）与3PhMK（接触器）触点不一致故障。

1 辅助逆变器IGBT故障

1.1 故障描述

郑州地铁2号线辅助逆变器出现IGBT故障后，该模块停止工作，HMI（人机界面）提示辅助逆变器出现严重故障，空压机无法打风，空调（车用空调）无法正常工作，车辆正常运行因此受到严重影响。

1.2 故障调查

结合实例，某辅助逆变器出现严重故障，图1数据显示 FB00（A相上管反馈故障（FASF））、FB01（A 相下管反馈故障（FAXF）），即系统反馈辅逆故障点，检测对应时刻，发现图2三相输出开始异常。

现场检查所有IGBT外观无异常，但接通控制电后脉冲分配板A相上下管故障灯亮红，对模块三相的IGBT的驱动线进行测试，发现A相上管驱动板的GE极出现短路，解体模块后对所有IGBT进行静态测量。测量结果见表1。

图1 辅助逆变器故障记录

图2 故障时间段波形

由此判断V3位置（A相上管）的IGBT损坏，因为IGBT关断失效而导致元件内部形成短路，当A相下管IGBT导通时，由于A相上管IGBT已经短路形成上下管直通的情况，导致下管发生保护而报出A相下管保护故障。厂家对故障IGBT深入分析，发现故障原因多为工作环境温度过高、散热不良，需解决IGBT散热问题才能降低故障率。

表1 IGBT静态测量阻值

1.3 整改方案及实施效果

辅助逆变器采用强迫风冷结构，运行时靠风机经进风口滤网抽风散热。根据统计，故障多数发生在每年4～6月，非全年最高气温月份。初步判断该时间段故障增多与郑州空气中柳絮、杨絮较多，滤网堵塞严重有关。前期滤网为整体结构，清洁耗时且效果较差，作业在双周检执行。为解决该问题，采用滤网外层与滤芯分离结构，并可通过锁扣直接拆除滤网外层，清洁滤芯，耗时短且效果良好，不受检修计划影响，双日检也可以完成。截止目前，整改效果良好，未发生IGBT故障。

2 IVLB与3PhMK触点不一致故障

2.1 故障描述

深圳地铁2号线辅助供电系统主要由辅助逆变器、整流装置、DC-DC斩波装置组成，辅助逆变器由2个逆变群组成。地铁车辆辅助逆变器的每个逆变群均设有1个HK（放电用接触器），1，2群分支回路前设置1个IVLB（线路接触器），并在1，2群合流后设置1个3PhMK（接触器），图3为现场辅助逆变器IVLB与3PhMK触点不一致故障时序图。

2.2 故障调查

结合图3与辅助逆变器的启动时序，可初步判断故障源于辅助逆变器1群HK状态不稳定，这种状态不稳定可能存在两种原因，一种是主触点接触不稳定，另一种是辅助触点接触不良，前者可能导致辅助触点断开，后者则会直接引发反馈信息不稳定。基于初步判断，围绕HK开展了深入检查，但检查发现其主触点无烧损痕迹且状态良好，而在更换故障辅助逆变器HK主触点与正常辅助逆变器HK主触点后，故障未出现转移，且之前发生故障的辅助逆变器仍存在触点不一致故障，因此可排除HK主触点接触不稳原因。

图3 IVLB与3PhMK触点不一致故障时序

辅助逆变器HK共有4对辅助触点，表2为各辅助触点的测量数据，而对辅助触点3的检查中，技术人员发现该辅助触点存在明显的发黑现象，结合表2可发现该触点电阻值较高。使用扫瞄式电子显微镜进行触点3的成分分析，可确定变黑物质存在 C，Ni，Si，Ag，Au 等元素，Ag，Au 为触点组成的固有金属成分，进一步分析可确定C，Si来源于触点吸着有机物气体放电分解，而由于触点电阻会受到Si的直接影响，因此可确定Si的出现是该触点电阻偏高的根本原因。

表2 HK各辅助触点电阻值 Ω

2.3 整改方案及实施效果

结合上述分析，可确定辅助逆变器IVLB与3PhMK触点不一致故障与镀金材料HK辅助点存在的电流最小值要求存在直接联系，控制电压在下限值时，辅助触点的电流值未得到满足，因此接触不稳定情况出现。此外，电流变小使得触点的附着物清洁效果受到了影响，由此集聚的附着物残留、电阻增大最终导致故障频发。结合故障原因，更改辅助逆变器内部配线，通过并联之前投入的电阻与预留电阻，控制逻辑装置内的总电阻值变为10 kΩ（原为20 kΩ），流过HK辅助点的电流因此变为原来的2倍。在后续跟踪过程中，发现辅助逆变器IVLB与3PhMK触点不一致故障率大幅降低，且3个月内未发生同类故障。