关于CR400AF(-A)型动车组客室插座无电故障的调查研究

关于CR400AF(-A)型动车组客室插座无电故障的调查研究

谭杰   刘德东   曲世宏   王琪

中国铁路济南局集团有限公司青岛动车段  山东省青岛市  266000

摘要：随着我国铁路交通运输网的逐渐完善，乘坐高铁出行已经成为越来越多人的选择。单相逆变电源主要功能是将车上DC110V电压转换为AC220V的电压为车厢插座供电，供车上乘客以及乘务人员使用，其额定功率3.2kW。若动车组发生插座无电或单相逆变器故障，既影响旅客乘车体验，又因更换单相逆变电源损耗人力物力。本文通过对CR400AF（-A）型动车组客室插座无电及单相逆变器故障（423D）的产生原因、故障现象以及CONK接触器在电路中的控制作用展开分析，提出应急处置优化建议，帮助动车所技术人员判断故障。

关键词：动车组 单相逆变电源 插座 CONK接触器 应急处置

1、CR400AF(-A)型动车组单相逆变电源简介

1.1概述

单相逆变器（以南京志卓4NB-102单相逆变器为例）是专为四方股份标准化动车组项目研制的，其主要功能是将车辆上DC110V电源通过高频变换升压、再逆变为单相AC220V 50Hz 电源，为车辆上单相交流负载提供电源。

采用了先高频升压再逆变的方案，电路简洁，可靠性高；

采用了IPM作为开关器件，内含多重保护，可靠性高；

电感等磁性元件采用B级绝缘，可以工作在较高的温度下，体积重量比传统的工频电感小很多，因此箱体总重较轻，体积较小；

设计冗余大，过载能力强；

具备多项自我检测及保护功能，性能比较稳定；

采用DSP芯片控制，具备通讯及故障查询功能，便于维护操作。

1.2结构

单相逆变电源主要由升压电路、逆变电路、输出滤波及隔离电路以及控制电路等四部分组成，其主要参数如下：

1.3主要技术参数

1.3.1输入电压参数

额定输入电压：DC110V   连续最高电压：DC137.5V   最低输入电压：DC77V

1.3.2 输出参数

额定输出电压：AC220V  输出电压上限：AC231V(+5%)  输出电压下限：AC209V(-5%)

输出频率：50±1Hz    最大输出功率：3.2kW   

效率（额定）：>85％   总谐波含量：≤5%  输出过载能力：1.2倍过载能持续工作60s抗冲击能力： 能带1.2kW吸尘器正常启动。

2、单相逆变电源工作原理及保护功能

2.1  工作原理

正常工作时，单相逆变电源输入侧通过单相逆变电源空开与车上DC110V电源相连，通过功率元件斩波升压成稳定的DC140V后，再通过逆变电路逆变成AC86V，逆变后的电压通过变压器隔离升压成单相AC220V/50Hz，通过输出连接器给客室插座供电。

正常情况，由103线供给DC110V电经由单相逆变电源变压为AC220V/50Hz电通过空开【插座11】，【插座21】，【插座21】，【插座22】，【洗脸间插座】给客室插座及洗脸间、观光区座椅、司机室插座供电。CR400AF型动车组10车客室二等座椅底架每排装有三个220V五孔插座（功率100W），客室插座通过【插座11】、【插座12】、【插座21】、【插座22】空开将客室插座分成4部分，并分别控制供断电。其中【插座11】空开控制10车1位侧1位端（即10FD-18FD排）客室插座，【插座12】空开控制10车1位侧2位端（即1FD-9FD排）客室插座，【插座21】空开控制10车2位侧1位端（即10ABC-18ABC排）客室插座，【插座22】空开控制10车2位侧2位端（即1ABC-9ABC排）客室插座。

2.2故障保护功能

单相逆变电源具有较为完善的故障保护功能：

（1）输入欠压保护：当输入电压低于74V±3V时，逆变电源停止工作，当输入电压恢复至80V±3V时，逆变电源自动重启；

（2）输入过压保护：当输入电压高于140V±3V时，逆变电源停止工作，当输入电压恢复到132V±3V时，逆变电源自动重启；

（3）功率模块故障保护：主功率板模块发生故障时，逆变电源停止工作；

（4）过温故障保护：主散热器表面最高温度超过95±5℃，逆变电源停止工作；

（5）输出过载保护：当输出电流超过19A±1，逆变电源立即停止工作；

（6）输出短路保护：当逆变电源输出短路时，逆变电源停止工作；

（7）输入反接保护：当逆变电源输入电源极性接反时，逆变电源不工作且不会被损坏。

逆变器输出一对无源常开故障节点。当逆变器出现故障无法正常工作时，该故障节点闭合，送出电源故障信号。

3、典型故障原因分析及防控措施

3.1故障案例

综合XX局XX段XX所近两年发生的15起单相逆变器故障（423D），其中5起故障处理方式为更换单相逆变电源。29起插座无电故障，其中3起故障处理方式为更换单相逆变电源。极大程度地增加了动车组检修运用消耗。

XX年XX月XX日，XX局CR400AF-XXXX动车组X车报客室插座无电，机械师复位单相逆变电源空开无效，维持运行。动车组入库断电大复位后故障消除，动车组技术人员检查故障车厢单相逆变电源外观状态良好，输入输出侧电压正常。未查明故障原因，预防性更换单相逆变电源。XX年XX月XX日，XX局CR400AF-XXXX动车组X车报单相逆变器故障（423D），客室插座无电，复位无效。动车组技术人员上车检查测量故障车厢客室插座无电，应急插座有电，单相逆变电源输入输出端电压正常，动车组断电大复位后故障消除，更换单相逆变电源。上述故障件经过返厂检测后均无异常，既造成了浪费，又增加了检修工作量。

3.2原因分析

通过查阅CR400AF（-A）型动车组电路图分析可知，上述故障时刻，单相逆变电源输入输出电压正常，CONK（客室接触器控制）接触器未吸合，动车组断电大复位后，CONK接触器吸合，故障消除。

选取故障车厢CONK接触器（配套厂家：西门子）进行返厂检测，其表面无明显机械损伤，安装卡扣完好，接线点无锈蚀或过热痕迹，线圈部位无发热老化情况。线圈阻值测量正常，触点接触电阻测试正常。吸合电压测试正常。测试结果显示接触器合格。

综上所述，当旅客使用大功率电器或因插座短路等原因导致单相逆变器受到大电流冲击时，单相逆变器输出过载保护或输出短路保护，停止工作。同时，CONK接触器线圈失电，其常开触点断开。复位单相逆变电源（INVerN）空开后，单相逆变电源重新启动，经过ConN（洗脸间插座）空开为洗脸间、观光区座椅及司机室插座供电。此时CONK继电器未进行复位操作，其常开触点未能闭合，故而导致客室插座无电。

CONK（客室接触器控制）继电器位于车厢中交流柜内，空开位于直流柜内。

3.3防控措施

经调查，我段配属CR400AF平台动车组设有CONK接触器动车组共有21列：2085、2086、2087、2088、2089、2090、2091、2092、2093、2094、2101、2102、2107、2108、2109、2110、2111、2112、2113、2114、2115。

无CONK接触器动车组共有18列：2134、2136、2137、2138、2139、2141、2162、2163、2230、2231、2193、2201、2202、2203、2204、2205、2211、2212。

3.3.1随车机械师应急处置建议

当复兴号动车组发生客室插座无电或报出单相逆变器故障（423D）时，随车机械师查看故障动车组是否设有CONK（客室接触器控制）接触器，若无CONK接触器，复位单相逆变电源；若该故障动车组设有CONK接触器，则复位单相逆变电源（INVerN）、客室接触器控制1（RConKN1）及客室接触器控制（RConKN）。

3.3.2动车所故障处理流程

当复兴号动车组发生客室插座无电或报出单相逆变器故障（423D）时，在复位单相逆变电源无效的情况下，动车所技术人员询问随车机械师故障车厢检查CONK（客室接触器控制）接触器吸合状态。若接触器吸合，入库后按照单相逆变电源故障检查流程检查处理。若接触器未吸合，检查客室插座及应急插座带电情况，如客室插座无电且应急插座有电，复位单相逆变电源（INVerN）、客室接触器控制1（RConKN1）及客室接触器控制（RConKN）；如客室插座及应急插座均无电，按照单相逆变电源故障检查流程检查处理。

4、结语

本文通过对CR400AF（-A）型动车组客室插座供电原理进行分析，优化了应急处置方案，保证了旅客乘车体验；结合检修过程中故障现象及设备状态，总结故障原因并提出处置措施，减少了对于单相逆变电源的非必要更换，为检修及运用工作提供帮助。

参考文献

[1]付翔.CRH型动车组客室插座供电质量的研究[J].轨道交通装备与技术,2018(06):9-10.