CR400BF动车组辅助变流器主风扇故障分析及应对方法

CR400BF动车组辅助变流器主风扇故障分析及应对方法

刘举樵

中国铁路上海局集团有限公司南京动车段  210000

摘要：伴随我国轨道交通的快速发展，安全问题成为热点问题，而每一个元件的安全都与动车组安全息息相关。辅助变流器为高速动车组的关键元件，用于反向牵引变流器的平均直流电压变成三相交流电源，为充电系统提供平均电压供应。本文首先说明了解决辅助变流器主风扇故障的必要性，然后结合具体案例详细阐述CR400BF动车组辅助变流器主风扇故障及应对方法。

关键词：动车组；辅助变流器；主风扇；故障

一、解决辅助变流器主风扇故障的必要性

在高速动车组的零件组成中，辅助变流器是不可或缺的一部分，也发挥着极大的作用。其主要作用是为动车组的冷却系统、充电机以及空调等持续供电。在电流进入辅助变流器之前是直流电压，通过辅助变流器转换为交流电压。辅助变流器在进行工作时通过外界空气的进入进行冷却，空气进入到辅助变流器后，由主风扇拍到箱底。主风扇是辅助变流器冷却系统的主要组成部分，安装在箱体内部，其转速额可以通过M2500控制。为了保护辅助变流器，一旦主风扇发生故障，辅助变流器立即停止工作。只有辅助变流器的正常工作，才可以保证动车组的安全舒适。CR400BF等相关型号动车组在运行期间故障发生率较大。CRH5采用模块化结构设计，将牵引变流器和辅助变流器集成在同一个箱体中，具有结构紧凑、连线距离短，抗干扰性好的特点。它的主要功能是将3600VDC的中间直流电压转换为400V-50Hz的交流电压，为高速动车组的辅助系统负载提供电源。  辅助变流器由从中间直流电路供电，通过斩波器和高频变压器、辅助整流器得到600VDC的电压供给辅助逆变器，而辅助逆变器产生400VAC，50Hz交流电压给辅助负载。

辅助变流器的安全性和可靠性与乘客安全性和舒适性密切相关，必须解决其存在的故障，既保证了乘客安全，也促进了高速铁路事业的发展。

二、CR400BF动车组辅助变流器主风扇故障分析

（一）故障经过

配属上海虹桥服务站CR400BF-5003动车组，01车主控，担当试运行交路55383（徐州东－上海虹桥）19:17分在无锡东至昆山南区间03车报代码4337(主风扇故障)19:18分故障代码消除，未影响车辆运行，司机机械师未上报。

（二）故障描述

经过下载TP03车辅助变流器故障数据，见下图。

图1 故障时刻前2秒，后2秒数据

图中从上至下依次是辅助输出电流，辅助输出电压，辅助输出接触器，辅助主风扇状态反馈。从图中可以看出辅助主风扇状态反馈由1变为0，并持续了1s左右。风扇反馈异常，故辅助变流器停机。

图2 故障期间WTDS数据分析

辅助变流器停机后，自动重试，辅助变流器启动正常25s左右显示屏故障消除，由表2 WTDS数据可以看出。

（三）故障说明

主风扇反馈异常，辅助变流器控制器进行了正常保护动作，但主风扇立刻恢复，辅助变流器继续投入使用，并且运行未发生超温现象，可继续运行，进行跟踪观察。

（四）故障原因分析

通过对风机底座安装的分析可知，风机杠杆安装在一个装在风机外壳的箱体上，该箱体进行承载，长期振动会引起结构疲劳。疲劳是辅助变流器安装结构故障的主要表现形式。有必要检查并确定辅助变流器的振动载荷和影响辅助变流器结构强度的主要振动源。其振动载荷包括：车体行驶造成的振动，辅助变流器中绝缘变压器工作和辅助变流器主风扇造成的振动。

1、车体行驶振动

在长期运行中，辅助变流器是否能承受车体振动，在根据一些具体的等级的要求，模拟相应类型，利用减震器进行冲击和振动试验，结果表明，该引起的车体振动可通过减震器吸收，这对辅助变流器的故障没有产生作用。

2、隔离变压器工作振动

如果在120Hz动态荷载的条件下，隔离变压器在工作时，设质量为580kg，额外振动加速度为0.5m／s2，负载为F=290N，经过测算，最终其产生的压强约为11.6MPa，对主风机安装位置处的压力小。所以，隔离变压器工作振动对辅助变流器故障没有产生作用。

3、主风扇工作造成的振动

在其工作时，如果增加2N的载荷来测算，可以得出安装座周边的压力大，并且这些载荷会增加在一起，使风扇安装座承受的总负载加大。由此发现，主风扇引起的振动造成了其故障和问题的出现。

（五）故障处理措施

1、主风扇立即恢复，未对运行造成影响。

2、我方对风机逻辑进行整改，经与长客确认，对风扇控制软件进行改造方案如下：

对风机的反馈信号，进行60s延时判断，当风机反馈信号丢失60s后，对变流器进行保护。改造依据：在辅助变流器满载条件下，风机未运行，模块温升为每分钟9℃。模块在25℃环温下进行正常的温升试验，稳态后模块温度到50℃，温升25℃。在60s风机不运行的条件下，模块稳态温度50℃加上9℃的温升为59℃，在模块90℃的保护范围内。

模块在40℃环温下进行正常的温升试验，稳态后模块的温升按25℃计算，稳态后模块温度为65℃，在模块90℃的保护范围内。

（六）建议和措施

1、进行定期检查

在每天检查动车组时，建议监测异常声音，如果出现异常声音，找出出现声音的源头，以防止更大问题的出现。在其维修过程中，加强对状况的检查，及时处理附近的灰尘和其他物品并定期维护风机，为风机正常使用减少阻碍，减少对风机的破坏，以延长外围设备的运行周期，提高其使用效率。

2、提高和创新技术应用

伴随互联网技术的发展，科学化、智能化已成为现今社会发展的流行趋势，在动车组辅助变流器主风扇的应用上也是如此，加强和创新科学技术的投入，不断改进其存在的问题，使铺助变流器主风扇能够更好的工作，从而推动动车组安全行驶，避免安全问题的产生，促进交通事业和社会的发展进步。

3、确保配件质量安全

配件质量安全是确保动车组安全的前提，提高配件质量，才能使动车组能够安全运行。因此，在进行配件选择时，必须把握好质量关卡，按照标准进行合理检查，排除不符合规定的配件，保证其质量。

4、完善配件管理系统

良好的配件管理系统可以降低由配件造成的风险，降低故障发生率，提高配件使用率和安全性，还可以有效区分配件的好坏，进行科学管理，利于防止配件混淆和不正确使用，避免重大问题的出现，确保其能够合理、正确的应用。

结语

综上，辅助变流器是一个高度集成和精密的设备，部件结构复杂，功能模块多，每个模块都可能损坏，一旦损坏，可能导致整个辅助变流器功能的丧失。因此，有必要加强辅助变流器输出形式的累积，以便准确确定错误原因，快速实施故障管理系统，同时配置适当数量的设备作为辅助变流器模块的备件，做好备件记录，提高配件质量，降低因配件问题导致的故障风险。

参考文献

[1]左鹏，马颖涛，王永翔，谢望玉.高速动车组辅助变流器研制[J].铁路技术创新，2018(02)

[2]程龙.中频辅助变流器半实物仿真研究[J].机车电传动，2021(02)

[3]吴凡，刘传铎.双向变流器装置在城市轨道交通中的应用[J].智能建筑与智慧城市，2021(12)

[4]丁杰，尹亮.地铁辅助变流器的振动特性分析及优化[J].湖南文理学院学报(自然科学版)，2022(01)