HXD1电力机车网压检测失真故障分析

2020-05-20练贤常

铁道机车车辆 2020年2期

涂旭，陈力，彭赟，练贤常

(1 资阳中车电力机车有限公司技术处，四川资阳 641300；2 中国铁路成都局集团有限公司成都机务段技术科，四川成都 610000；3 中车株洲电力机车研究所有限公司，湖南株洲 412000)

装有某厂家高压绝缘箱的HXD1型机车在襄渝下行线麻柳至巴山区间多次发生因网压异常而引发停车的故障，尤其在同一供电臂下运行多趟列车网压波动更为明显。查看故障机车事件记录模块ERM记录，发现故障期间，网压波形有毛刺现象，见图1，且两架TCU检测网压值存在较大差异，检测值偏低的TCU整流侧LCC及逆变侧MCC脉冲封锁，进而导致牵引力下降。

图1 故障时期网压波形图

1 机车主回路及网压检测回路简介

HXD1型机车主回路及网压检测回路的原理图如图2所示。

1.1 机车主回路

HXD1型机车通过受电弓从接触网引电到车顶母线，流经主断路器(闭合)、25 kV电缆总成，进入到主变压器原边，并经轴端接地装置到钢轨回流。非升弓节车原边回路是将主断路器输出端经过高压隔离开关和高压连接器连接到升弓节车，并通过25 kV电缆总成输入到主变压器原边。

在牵引工况下，主变压器次边输出AC 970 V进入主变流柜，通过主变流柜内整流模块整流为直流电，再经过逆变模块将中间直流环节的直流电逆变为三相交流电，供牵引电机工作。

1.2 机车网压检测回路

HXD1型机车通过高压电压互感器，将原边电压按25 kV:150 V变比输出到高压电压互感器1a-1n和2a-2n次边，其中1a-1n次边绕组供TCU网压检测，2a-2n次边绕组连接网压表、电度表和6A系统高压绝缘检测装置。

1a-1n次边绕组将150 V单相交流网压信号通过低压柜=21-A01-R01限流电阻限流后传入主变流柜，经过同步控制变压器将AC 150 V信号按150∶10的变比输出到同步控制变压器次边，进而送入TCU机箱LSC、LCC、MCC、SMC板卡进行网压采集、信号滤波和模数转换，控制整流侧LCC脉冲开断。

网压检测信号流程图和各板卡的作用如图3所示。

图2 HXD1型机车主电路及网压检测原理简图

图3 网压检测信号处理流程图

1.3 机车网压检测计算原理及保护措施

LCC 板对网压信号进行计算控制，计算网压有效值、瞬时值，同时进行四象限模块的控制；其中网压有效值计算方法为每个计算周期选取当前时刻至此时刻之前100 ms的时间段的网压瞬时值数据，根据有效值定义，将各个数据进行平方取和，然后开方得到网压有效值。计算理论公式见式(1)

(1)

当TCU检测到网压有效值低于17 000 V，并持续2 s，则判断为网压低故障(有效值)；检测到网压瞬时有效值低于15 000 V，则判断为网压低故障(瞬时值)。无论是有效值网压低故障，还是瞬时值网压低故障，均会封锁主变流器所有模块脉冲，只有当网压瞬时有效值高于17 500 V，故障自复位。

2 故障查找过程及阶段结论

2.1 初步测试

选择两台不同批次HXD1型机车，分别在高压互感器1a-1n接线柱、同步变压器输出端采集网压信号，在25 kV电缆总成中间通过钳形电流表采集原边电流信号输入到波形记录仪，并且在松树坡变电所同步测试网压和网流。

故障批次机车在麻柳-巴山区间运行时，单台机车网压畸变率THD在30%以上，而变电所网压畸变率在20%以下；若同一供电臂下存在有2台机车运行，网压畸变率高达80%以上，最大值约103%，而变电所网压畸变率在30%左右；电流谐波水平与变电所一致，在5%以下；某一次两台HXD1型机车在同一供电臂下采集网压、网流波形如图4所示。

非故障批次机车在麻柳-巴山区间运行时，单台机车网压畸变率THD在20%以下，若同一供电臂下存在2台机车运行，网压畸变率30%左右，与变电所测试馈线网压和网流数据一致。

2.2 网络数据分析

分析某起机破故障数据，故障机车因网压波动停车后，四象限整流模块LCC2脉冲封锁，在同一供电臂下另一台机车开通LCC2时，故障机车的网压出现振荡情况，见图5～图6。

通过第2阶段试验和故障数据分析，可以看出：

(1)故障批次机车网压畸变率远高于非故障机车和变电所测试数据，但谐波电流水平接近；

(2)处于同一供电臂下两台机车同一时刻检测到网压波形不一致。

基于上述两点原因，判断故障批次机车检测网压失真可能性较大，原边回路和主回路导致谐波产生可能性较小，在第3阶段交换网压检测设备和布线继续试验。

2.3 交换高压互感器、重新布置网压检测信号线试验

将两台试验机车高压互感器进行对换，并重新布置高压互感器-主变流柜网压检测信号线进行试验，试验结果仍未发生转移，故障批次机车网压畸变率仍远高于非故障批次机车。排除高压互感器及高压互感器至主变流柜TCU硬线的影响。

图5 故障机车机破时期网压波形记录

图6 同一供电臂其他机车网压波形记录

2.4 判别回路异常情况

在高压互感器1a-1n、2a-2n次边与开关盒之间分别接入一个断路器，可实现1a-1n、2a-2n回路的单独切除。在运行过程中，断开2a-2n回路，故障批次机车网压畸变率由40%以上瞬时下降到17%，由此判断为该回路异常；查阅原理图，2a-2n回路连接有电度表、高压绝缘检测箱和网压表，查阅非故障批次且发生过网压波动的机车，均有更换6 A高压绝缘检测箱记录，且更换前从未发生网压波动，由此重点怀疑是2a-2n回路中6 A高压绝缘检测箱引起网压波动。

2.5 交换6 A高压绝缘检测箱试验

将两台试验机车交换6 A高压绝缘检测箱后进行网压采集试验，试验结果发生转移，原网压畸变率较低的试验机车在麻柳-巴山区间网压畸变率上升到60%以上，甩开6 A高压绝缘检测箱后，网压畸变率瞬时下降到17%左右，再次恢复6 A高压绝缘检测箱，网压畸变率瞬时恢复到60%以上，由此确定是6 A高压绝缘检测箱内部元器件差异导致TCU网压检测失真。