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摘要:無錫地鐵1號線電客車安裝了兩臺輔助逆變器(SIV)系統(tǒng)輔助逆變器,近年來隨著運行年數(shù)的增加,輔助逆變器已發(fā)生過數(shù)起故障。本文重點分析了其中的一起較為典型的故障。從故障現(xiàn)象進行調(diào)查分析處理、希望對相關(guān)故障處理及研究領(lǐng)域提供借鑒經(jīng)驗。
關(guān)鍵詞:地鐵;電客車;輔助逆變器;故障處理
輔助供電系統(tǒng)是將DC1500V轉(zhuǎn)換成AC380V、DC110V為車輛的12臺空調(diào)(影響乘客舒適度),空氣壓縮機(影響安全性能),主要設(shè)備的冷卻通風(fēng),照明,各系統(tǒng)控制電路,列車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),車載信號,通信設(shè)備及視頻監(jiān)控系統(tǒng)等提供電源。無錫地鐵一號線地鐵列車采用四動兩拖六節(jié)車編組配備了兩臺輔助逆變器,兩臺輔助逆變器安裝在兩個TC車即帶司機室的兩個頭車,熱備冗余。工作狀態(tài)通過車輛網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)備VCU進行實時監(jiān)控,當(dāng)其中一個輔助逆變器發(fā)生永久性故障時,列車另外一個將自動接替它工作,保證列車的基本負載運行。輔助系統(tǒng)的穩(wěn)定工作影響著行車的安全性能和舒適度。因此為了確保地鐵運行的安全穩(wěn)定,需要弄清輔助系統(tǒng)的基本工作原理和結(jié)構(gòu),及時發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)的涉及缺陷降低運營故障率,從而確保車輛運行品質(zhì)。
1輔助逆變系統(tǒng)簡介
無錫地鐵1號線采用的是時代電氣公司生產(chǎn)輔助逆變器,該系統(tǒng)具備較高的集成度。從圖1中可知,輔助逆變系統(tǒng)可按功能區(qū)分可粗略分為4個部分:控制部分:包括開關(guān)電源插件(PSU)給各控制檢測電路供電,模擬入出插件(AIO)、數(shù)字入出插件(DIO)為逆變電路進行信號處理、傳感器與互感器信號的采樣、信號電平轉(zhuǎn)換,逆變控制插件(INV)集成了MVB網(wǎng)絡(luò)插件,實現(xiàn)系統(tǒng)邏輯控制、逆變電路的控制與保護等。電容充放電電路部分:由預(yù)充電電阻R1,充電接觸器KM2和短接接觸器KM1組成預(yù)充電電路。放電電路由FC于R2構(gòu)成,在五分鐘之內(nèi)可放電到50V以下。輔助逆變控制部分:1500VDC進過預(yù)充電電路后充電到約1400VDC后開始觸發(fā)PWM脈沖控制經(jīng)過變壓器TR1耦合后進行LC濾波最終輸出380Vrms,頻率50HZ的交流電壓。一路給后面的空調(diào)系統(tǒng),制動壓縮機組供電,另一路在經(jīng)過整流,AC/DC轉(zhuǎn)換,再由TR2高頻斬波,最終輸出110VDC供蓄電池充電和其負載。應(yīng)急啟動控制:當(dāng)蓄電池電壓低于下限值84V,或者車輛蓄電池未能正常使用,列車不能激活的情況下將通過應(yīng)急啟動按鈕強制將1500VDC電壓轉(zhuǎn)換110VDC供蓄電池和控制電路使用。
2輔助逆變系統(tǒng)擴展控制電路介紹
圖2列車輔助系統(tǒng)簡圖圖3擴展供電控制電路如圖2、圖3所示:輔助系統(tǒng)主電路的擴展功能主要由繼電器K309,K310和接觸器K332三對主觸點組成,二次控制電路由K331觸發(fā)擴展允許指令。該指令由VCU經(jīng)過DXM模塊使能。當(dāng)一臺輔助逆變器發(fā)生永久性故障時,VCU收到到該系統(tǒng)的故障信號后要求空調(diào)系統(tǒng)由正常工況轉(zhuǎn)換為降級模式工況,即切除空調(diào)系統(tǒng)一半壓縮機組(12臺)。切除完成后VCU向DXM模塊發(fā)出使能信號,擴展允許繼電器K331得電,K331得電后常開觸點13/14,43/44閉合。此時假設(shè)1車的SIV故障,故障車的繼電器K310失電。非故障的SIV的繼電器K309仍然有電,將通過K310的常閉觸點21/22和K309的常開觸點13/14形成通路,接通接觸器K332。K332得電后將通過常開觸點43/44自鎖,13/14觸點反饋給VCU完成整改擴展供電過程。若VCU檢測故障SIV恢復(fù)了正常工況,將停止擴展供電。
3輔助逆變系統(tǒng)故障
3.1故障現(xiàn)象檢查判斷。2018年9月10接到行調(diào)報全車空調(diào)故障,輔助逆變電源擴展失敗,多次分合空調(diào)列車控制空開=61-F102,=61-F103和進行MVB復(fù)位后故障仍然存在。列車回庫后,對空調(diào)進行功能測試,發(fā)現(xiàn)全車空調(diào)啟動還未完成,空調(diào)馬上就停機。查看HMI屏,空調(diào)狀態(tài)未知,1車和6車的SIV在測試過程中出現(xiàn)偶爾都報紅故障。懷疑SIV故障引發(fā),關(guān)掉半列車空調(diào)測試,啟動剩余半列車空調(diào),空調(diào)仍然不能正常運轉(zhuǎn)。關(guān)掉全車11臺空調(diào)電源,留一臺空調(diào)工作,接入高壓后,一臺空調(diào)可正常工作,一旦接入第二臺空調(diào),空調(diào)系統(tǒng)馬上停止工作。切換其他車的空調(diào),也存在相同的故障現(xiàn)象。懷疑空調(diào)電源輔助逆變器出現(xiàn)故障,于是列車退出服務(wù)檢查輔助逆變系統(tǒng)電路。打開一車輔助逆變器箱體發(fā)現(xiàn)1車的輔助逆變器輸出端的三相濾波電容有輕微鼓包,用手觸摸外殼,能明顯感覺到該電容器外殼溫度較6車的溫度高。于是更換該三相交流濾波電容。重啟車輛觀察,空調(diào)進入正常工況,故障現(xiàn)象已消失??芍敬喂收嫌捎陔娙萜鞯墓收?a href="http://m.saumg.com/lunwen/dt/138050.html" target="_blank">原因引起。對于該電容器電容值進行測量,結(jié)果如下:相間電容值W-UW-VU-V容量(uf)73.1649.37155.1又根據(jù)輔助逆變器廠家提供的資料,可知正常情況下,三相交流濾波電容數(shù)值基本大小相等,約為330uf左右。各項三相輸出的電壓值為380VAC±5%,額定頻率50Hz±0.5%。根據(jù)電容容抗公式可知,正常情況下,相間電容等效值:XCequ=12πfc=12×3.14×50×330×10-6≈9.65Ω。在電容損壞情況下帶入公式,得到各相間的電容值如下:XCW-U=12πfc=12×3.14×73.16×50×10-6≈43.53ΩXCW-V=12πfc=12×3.14×50×49.37×10-6≈64.51ΩXCU-V=12πfc=12×3.14×50×155.1×10-6≈20.53Ω可以看出,在電容器損壞情況下,容抗已與標(biāo)準值相差很大。負載電路對稱情況下與上述容抗并聯(lián)工作,必然導(dǎo)致等效的三相負載不平衡,增加線路損耗。損壞的電容器產(chǎn)生電壓和電流也將出現(xiàn)高次諧波,引起負載不能正常工作。3.2故障現(xiàn)象分析。由廠家提供的輔助逆變器技術(shù)資料可知:當(dāng)一臺輔助逆變器故障時,當(dāng)三相輸出電流差值超過30%、并持續(xù)3s以上時,會有保護動作;5s后SIV自動重新啟動。相同的故障在60s內(nèi)再次出現(xiàn),SIV停止運行而被鎖定。該SIV封鎖后,TCMS將不再收到SIV正常工作的反饋信號同時會給空調(diào)發(fā)送減載指令,TCMS確認空調(diào)正確減載后,將發(fā)出給擴展接觸器發(fā)出擴展供電閉合指令。這時在HMI屏幕的通訊狀態(tài)看到故障SIV顯示紅色,正常SIV顯示綠色。擴展成功后可看到KMK的圖標(biāo)顯示綠色。但是當(dāng)三相輸出濾波電容未完全損壞情況下,空載時系統(tǒng)不能完全輸出的三相電壓的異常。擴展后,故障SIV處于空載狀態(tài),這時若傳感器不能檢測到SIV輸出電壓異常超限,將給TCMS發(fā)出一個假信號即該SIV無故障。此時,TCMS根據(jù)接收到的信號認為SIV無故障將停止擴展供電。一旦未完全損壞的SIV帶上大負載,導(dǎo)致本來不平衡的電路出現(xiàn)嚴重的不平衡,再次導(dǎo)致本車的SIV封鎖,封鎖后就進行擴展供電,這樣往復(fù)循環(huán)。正常的SIV也在此期間不斷擴展而啟動停止。若在軟件設(shè)計的限值時間內(nèi),達到了封鎖的次數(shù),正常的SIV也將出現(xiàn)封鎖。這就是本次事故在正線上出現(xiàn)兩個SIV都爆紅且空調(diào)機組不能正常工作的原因。
4結(jié)語
本文主要對地鐵輔助逆變系統(tǒng)的功能和電路進行了簡要說明,并對因設(shè)計選型瑕疵造成列車運營故障進行了分析。要提高地鐵客運服務(wù)質(zhì)量,就需要對車輛上的各個系統(tǒng)特點及多發(fā)故障進行系統(tǒng)化總結(jié),利用科學(xué)的手段進行檢修排除故障隱患,旨在能在最小的時間內(nèi)查找到出現(xiàn)故障的根本原因,確保地鐵車輛的正常運行。
參考文獻:
[1]PM122396101-輔助供電系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范-V1.
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[3]無錫地鐵SIV邏輯控制功能說明.
[4]無錫地鐵一號線電氣原理圖.
作者:承琳 胡賢令 單位:無錫地鐵集團運營分公司