高速动车组牵引变流器检修维护与探讨

高速动车组牵引变流器检修维护与探讨

孙小林 宋强 孙飞

中车青岛四方机车车辆股份有限公司  山东省  青岛市  266111

摘要：针对动车组列车牵引系统，提出了一种新的牵引变流器接地故障检测策略；分析了接地故障电路的原理；考虑到不同接地故障条件下接地电压的特点，将接地故障电压的平均值与接地故障标志的位置相结合，确定牵引系统是否发生了接地故障，并定位接地故障点。试验证明，该方法能迅速判断出牵引系统是否出现了接地故障，并能精确地判断出接地故障的位置，并能对其进行不同程度的保护。

关键词：高速动车组；牵引变流器；检修维护

1相关概要

高速动车组列车已成为中国高速铁路、快速铁路和城际铁路的主要客运列车，对国民经济的快速发展和社会的可持续发展起到了重要的推动作用。牵引系统是动车的“心脏”，其首要任务是把输电线路上的电能转换成车辆的动能，从而驱动动车运行。在牵引系统的工作中，由于元件的老化、电缆的振动、摩擦力等因素，会引起接地故障。单点接地不会对牵引系统的正常工作造成太大的影响，而双点接地和多点接地则会引起较大的短路电流，从而引起牵引系统各元件的烧毁。目前，对动车牵引系统的接地故障诊断，主要采用的是由电压传感器测得的接地电压与电网的正常运行电压进行对比来判断。

若二者之差大于设定值，则判断为牵引系统出现接地故障，使牵引变换器脉冲中断，使列车主开关断开。目前的接地故障探测方法主要有：（1）在牵引系统出现接地故障时，不能实现对接地故障的自动定位，需人工维修各类设备，导致故障探测难度大、耗时长。（2）在牵引系统出现接地故障的情况下，由于牵引系统中各种设备的接地故障而无法对其进行相应的防护，从而造成了防护手段单一的现状。

2高速动车组牵引变流器的主电路设计及系统工作原理

2.1系统工作原理

牵引变流器由发电机提供电力，经牵引变流器箱体中的前置未控整流桥，将其整流成直流电。在此基础上，采用三相逆变电路对车辆进行控制，使车辆在运行过程中，通过三相逆变电路对车辆进行控制，实现对车辆的控制。

2.2主电路设计

牵引变流器是一种由两个相互分离的动力装置（PU）构成的新型牵引变流器。每台牵引逆变单元均设有一由非受控整流桥及逆变回路组成的独立控制器。该系统的主回路为两级电压型DC—AC逆变电路。通过支撑电容对整流后的直流电流进行滤波后，再将整流后的直流电流送入逆变器。所述的逆变器输出三相变流器（VVVF）交流电源，将电力提供给所述的感应牵引电机；在动车刹车时，由刹车电阻内的斩波支路将刹车能量反馈给动车，使动车在刹车过程中失去动力。在软体防护失效的情况下，熔断器可提供终极的短路瞬变保护。两台牵引逆变电源之间的直流母线为并联母线。其中一台变流器的整流部件失效后，另一台变流器上的整流部件能够为后面两台变流器供电。

接地方式为中点式。在电网中，由于接地电阻的减小而引起了电网中的漏电现象，从而引起了电网中分压电压的不均衡，从而确定了电网中的漏电故障。本项目拟采用大容量支撑电容并联于轨道交通牵引逆变器输入端及城际动车牵引逆变器之间的直流母线，以有效抑制电网侧波动，为后续逆变系统提供稳定的电压输入。在变流器上电时，为防止支撑电容上的大电流冲击而引起器件的损伤，一般都是在DC-AC输入端设有预充连接；在转换器上电的时候，支撑电容由一个预充电电阻来充电。在电容上的电压为目标电压90%以上的情况下，电网电压与变流器之间的相位匹配，能有效地抑制变流器的冲击电流。

一般情况下，预充电线路包括预充电接触器，预充电电阻，以及电缆或铜导线。此外，由于接触器、电阻等元件的加入，造成了设备效率的提高，进而造成了设备的运行、维修费用的上升。基于上述两方面考虑，高速列车牵引变换器充分利用了牵引系统的特性，利用励磁控制器使发电机的输出电压缓慢上升。该方法可有效避免电网电压瞬时与支撑电容相连而引起的冲击电流，并可有效提高系统失效率。

3高速动车组牵引变流器检修维护分析

（1）牵引变流器（代码31CE）的DC线路接地。在牵引系统的工作过程中，设定了中频直流回路的接地故障诊断逻辑.若半边电压骤然变成0，则由TCU判断牵引系统的中段DC正母线接地；当电压由二分之一骤然变成满值时，TCU判断牵引系统中有一条负母线接地。若变流器中间DC回路的正、负极母线都接地，则会出现牵引变流器DC回路接地的情况（代码31CE），变流器发出的全部脉冲都会被切断。变流器的充电与短路接触将会被切断，从而使动车丧失牵引能力。

（2）在所述辅助高电压端接地（代码34FA）的情况下，所述辅助反相器的高电压端接地点故障诊断逻辑被设定。如果半电压在0和全电压之间突然变化，并且变化频率与辅助变压器的频率相同，那么TCU就会判断出牵引系统中有辅助变压器输出接地，然后报告辅助逆变器高压侧接地（代码34FA），切断辅助逆变器脉冲，断开本车辅助变压器输出接触器，本车牵引运行正常。

（3）在牵引电动机接地（编号34F9）并且牵引系统正在操作的情况下，将牵引变流器输出接地的故障诊断逻辑设定为：当半压在零至满压间发生突变时，若半压的频率并非其所需的辅助频率，则由TCU判断是否发生了接地故障，再使某一牵引逆变电路停机，半电压恢复到原来的水平。这样，这个牵引变流器的输出端就被判定为接地，而牵引马达也被报道为接地（编号34F9），从而阻塞了牵引变流器的脉冲，造成了牵引损耗。

（4）当牵引系统工作时，对牵引变压器次级端接地故障进行诊断（编号3105）。若二分之一的电压在零至满压之间突变，二分之一的电压频率非副频，则TCU会先判断是否有接地故障，再将一二次牵引逆变器停转。在该情况下，还发生了接地故障，从而可以判断出，牵引变压器的次级端也发生了接地故障。当牵引变压器次级端发生接地故障（编号3105）时，牵引变流器的全部脉冲被切断，变流器的带电短路接触器与主开关被切断，整列列车将丧失牵引能力。

4案例分析

（1）对CR400AF车的二次侧，逆变电源的直流链路，逆变电源的副换向链路，逆变电源的牵引换向链路，以及牵引电动机的布置进行了优化。当出现接地时，牵引变换器接地保护故障被报告（编号3105），该故障引起主断路器会自动切断升降电弧设备，并使整个支柱的牵引力自动丧失。按照国泰公司公布的CR400AF系列公路应急维修手册（201901版）的规定，出现故障后，必须由受电弓、主断路器及高电压断开开关拆除，再由受电弓换装到前站去做降落检查，此过程对行车秩序有很大的影响。同时，由于拆除了高电压断开开关，全车的空调机功率会自动减少一半，从而对乘客的舒适性产生一定的影响。

（2）经优化后，只有牵引变压器次级接地能使主断路器断线，其它接点只能使故障变压器的脉动受到干扰，使个别电气设备或车辆丧失牵引力，并不影响整个系统的正常运转。本项目拟在已有TCMS系统的基础上，结合TCMS系统的软件更新，实现牵引变流器的接地故障对系统的实时控制，并在此基础上，进一步缩小牵引变流器的故障探测范围，提高故障诊断效率。

CR400AF牵引单元隶属于广州牵引区段，存在着多起牵引变流器地线故障，对动车行车秩序造成了较大的影响。在持续总结故障验证处理经验的过程中，我们得到了对牵引转换器接地故障进行验证的通用方法，并从故障诊断逻辑中对牵引转换器接地故障检测逻辑进行了优化，从而可以有效地提升驱动部分缺陷的处理能力，以及应用检修水平。

5结语

牵引系统是动车的关键技术之一，在动车的安全运行中起着至关重要的作用。牵引变流器作为牵引系统的核心部件，接地故障的出现将导致牵引力损失现象，严重影响牵引列车线路的运行顺序。因此，分析牵引变流器接地故障的原因，总结牵引变流器接地故障检测方法，将有利于提高驱动部分的故障处理能力，并应用检修水平。

参考文献：

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