成都地铁5号线车辆辅助逆变器典型故障分析

刘 瑶

（成都地铁运营有限公司，成都610041）

辅助供电系统作为城轨车辆的重要组成部分，它是车辆各设备正常运行的基础，其主要作用是为车上负载提供稳定的交流电和直流电［1］。辅助变流器的运行状态直接关系到车辆运行安全和乘客舒适度，因此对辅助逆变器在运用过程中出现的故障进行分析和研究，优化辅助逆变器的运用性能，对提高列车的运行稳定性是十分必要的。现就对成都地铁5号线在调试阶段出现的辅助逆变器典型故障进行简要分析，并提出优化方案。

1 系统介绍

1.1 辅助供电系统

成都地铁5号线辅助供电系统结构如图1所示。4个辅助逆变器从1 500 V直流母线获取直流电压，通过逆变滤波后，输出380 V三相交流电压。正常情况下，4个辅助逆变器采用并网的供电方式，4组中压母线通过4组接触器K-AUX1、KAUX2、K-AUX3、K-AUX4连接在一起，辅助逆变器共同为4组中压母线供电。

图1 成都地铁5号线辅助系统结构图

整车交流负载被均分到4个网段，通过各自的接触器与母线连接。整车的交流负载主要有空调机组、牵引变流器冷却风机、辅助变流器冷却风机等三相交流负载以及220 V的插座、电加热器等单相交流负载［2］。

1.2 系统并网控制方案

成都地铁5号线辅助逆变器采用无互联线的并网控制方式［3］，4个辅助逆变器之间无直接通信，而是通过列车网络系统（TCMS）控制其启停。

（1）启动：TCMS控制4个并网接触器闭合后，当检测到高压有效信号后，依次向4个辅助逆变器发生启动指令。辅助逆变器接收到启动指令后，辅助变流器需检查交流输出端是否有电压存在，如果没有（例如，它是否是第一个启动的辅助），启动逆变器和充电机开始提升交流输出电压并在交流输出电压在正常范围（380 V±5%）时闭合交流输出接触器。如果交流输出电压存在，启动逆变器和充电机，同步交流输出电压和中压网络（幅值和相位）然后闭合交流输出接触器。辅助逆变器将接触器闭合信号反馈给TCMS，TCMS接收到该信号后，迅速启动后一个辅助逆变器。

（2）停止：TCMS接收到停止指令后，向4个辅助逆变器发生停机指令。辅助逆变器接收到停机指令后，停止辅助逆变器，并断开输出接触器。

2 典型案例分析

2.1 辅助逆变器输出过流故障

2.1.1 故障现象

5号线车辆自2018年调试开始，车辆在应急模式转回网络模式时，4个辅助逆变器报输出过流故障。该故障发生以后，车辆人员随机抽查了库内10列车，发现故障现象均相同，并在车上多次进行应急模式转回网络模式试验，发现每次故障均相同。

2.1.2 原因分析

辅助变流器在应急模式与网络模式的工作状态分别为：辅助逆变器在应急模式时，4个并网接触器处于断开状态，4个辅助逆变器工作在非同步模式，也就是4个辅助逆变器输出电压的幅值、相位是不完全一致的；辅助逆变器工作在网络模式时，并网接触器处于闭合状态，4个辅助逆变器工作在同步模式，辅助逆变器接收到网络的启动指令后，逐一启动，以保证后启动的辅助逆变器输出电压与380 V母线电压保持同步。

车辆人员对故障车辆的数据进行了分析，具体数据如图2所示。

图2 辅助逆变器过流故障数据

由数据可以看出，车辆从应急模式（备用模式）转为网络模式时，应急模式信号从1变为0，4个辅助逆变器未完全停机，4个辅助逆变器输出接触器（AOIK）未断开的情况下，并网接触器已经闭合，此时4个辅助逆变器的输出电压并不同步，直接并网后，导致4个辅助逆变器报输出过流故障。

2.1.3 优化方案

为了解决车辆从应急模式（备用模式）转为网络模式时报输出过流的问题，TCMS系统对辅助逆变器的启动控制方案进行了优化：对4个辅助逆变器的状态进行检测，确认收到了4个辅助逆变器输出接触器闭合信号为0时，再闭合并网接触器。

网络优化方案后，多次进行车辆应急模式（备用模式）转为网络模式试验，辅助逆变器均未再报输出过流故障，列车运行至今，在进行相同试验时，辅助逆变器也未再发生过流故障，该优化方案有效可靠。

2.2 辅助逆变器单相输出过流故障

2.2.1 故障现象

5号线车辆自2018年调试开始，4个辅助逆变器在停机时，报L相单相输出过流故障。该故障发生以后，车辆人员随机抽查了库内10列车进行连续多次停机试验，发现这10列车的辅助逆变器都发生了L相单相输出过流故障，但并不是每次停机都会发生该故障，该故障的发生具有随机性。

2.2.2 原因分析

故障发生以后，车辆人员对车上负载进行了监测，排除了辅助逆变器带载停机的可能。利用示波器对过流数据进行了抓取，故障时的单相电流值达到770 A左右，电流达到了辅助逆变器检测单相过流阈值750 A，而没有达到检测三相过流阈值880 A，所以逆变器报出了单相过流故障，排除了辅助逆变器误报的可能性。

对故障车辆的数据进行分析，具体数据如图3所示。从数据可以看出，当4个辅助逆变器接收到停机指令后，有3个辅助已经停止工作，并且输出接触器（AOIK）已经断开，有1个辅助停机比其他3个滞后，辅助输出接触器（AOIK）还保持闭合。造成这一现象的原因是网络传输延时即辅助逆变器本身停机时长有一定容差。

图3 辅助逆变器单相过流故障

成都地铁5号线辅助逆变器的电路图如图4所示。由电路图可以看出，当其余3个辅助逆变器先停止工作，但还未断开AOIK时，电路中的滤波电容（IOFC）相当于连接在380 V辅助母线上的负载，最后停机的辅助相当于带了一个大的负载（IOFC）进行停机，这种情况下可能会造成过流。

图4 成都地铁5号线辅助逆变器电路图

2.2.3 优化方案

为了解决辅助逆变器停机时报单相输出过流的问题，TCMS系统对辅助逆变器的停机控制方案进行了优化：TCMS系统先向2个辅助逆变器发出停机指令，待收到这2个辅助逆变器的输出接触器闭合信号为0后，再向其他2个辅助逆变器发出停机指令。

网络优化方案后，多次进行辅助逆变器停机试验，辅助逆变器均未再报输出单相过流故障，列车运行至今，在进行辅助逆变器停机操作时，辅助逆变器也未再发生单相过流故障，该优化方案有效可靠。

3 结论

在并网供电的模式下，在优化并网控制策略，提高辅助逆变器输出电压质量，减少并网环流产生的同时，也需对并网控制方案进行优化，以减少辅助逆变器的故障率。TCMS在对辅助逆变器进行启停控制时，需考虑并网供电的特性，对启停机控制方案进行优化：在进行并网前，须先确认辅助逆变器已停机、且输出接触器已经断开；在停止辅助逆变器时，应根据并网结构中辅助逆变器的数量和逆变器的结构特性，采用不同的停机顺序。