贵阳轨道1号线电客车辅助逆变器重启故障分析与改进措施

李超成

摘 要 本文主要介绍了贵阳轨道1号线电客车辅助逆变器的主要技术参数、主电路和逆变器模块的工作及控制原理，旨在通过分析调试期间辅助逆变器自动重启故障，从而指出辅助逆变器在逻辑控制设计上的问题和缺陷，并提出改进措施。

关键词 辅助逆变器；故障现象；控制电路

中图分类号 U2 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）15-0085-02

贵阳轨道1号线电客车采用了株洲时代电气股份有限公司研发的辅助供电系统[1]，辅助供电系统是地铁车辆的重要组成部分，对其进行设备维护和试验的费用也十分昂贵。本文首先介绍贵阳轨道1号线电客车辅助逆变器的工作原理，结合调试期间的具体故障现象，多方面分析辅助逆变器自动重启故障，从而找出其原因，指出辅助逆变器在逻辑控制设计上的问题和缺陷，并提出改进措施。

1 辅助逆变器的工作原理

1.1 辅助供电系统的介绍

贵阳轨道1号线电客车采用4动2拖的编组型式（=Tc-Mp-M+M-Mp-Tc=），每列车由2个相同的3车单元构成。列车采用集中供电的供电方式，在Tc车设置辅助供电系统，其主要功能是将DC1500V逆变为AC380V、频率50Hz的三相电压，为列车的中压交流负载供电，同时将AC380V的交流电压整流为DC110V，为列车的低压负载供电。

1.2 辅助逆变器主要技术参数

输入电压：DC1500V（DC1000V～DC1800V）。

最高非永久电压（输入电压）：DC1950V，≤5min。

输出电压（中压交流）：AC380Vrms±5%，50Hz±2%。

输出相数（中压交流）：三相四线制。

输出电压（低压供电）：DC110V±2%。

电压变化要求（低压供电）：DC77V-DC137.5V。

1.3 辅助供电系统工作原理

辅助供电系统主回路电路图如图1所示。

辅助供电系统为直接两电平IGBT逆变电路+全波整流和高频DC/DC变换电路。其工作原理为：直流输入高压经直流滤波电抗器（L1）、电容器充电电路（R1、KM2）、直流滤波电容器（FC），送至IGBT逆变器进行逆变后输出PWM波交流电压，再经输出变压器（TR）进行电压隔离、降压，交流电容器（ACC）滤波得到低谐波含量的三相准正弦电压，输出三相380V/50Hz电压。从逆变电路输出的稳定的AC380V输出电压经过交流电抗器（L3）输入到三相整流桥整流，电抗器、电容器滤波后得到直流电压（中间电路电压），中间电路电压经半桥变换电路高频变换为矩形波电压、经高频变压器进行隔离、降压后，再经高频整流桥整流、电抗器、电容器滤波得到稳定的DC110V电压。

2 辅助逆变器自动重启故障分析

2.1 故障现象

2016年12月19日，贵阳轨道1号线电客车01002车使用车间电源进行车辆调试，在操作ATPFS（ATP隔离开关）和司控器钥匙时辅助逆变器会自动关机重启。事后普查发现所有列车都有此现象：当两端ATPFS位于“正常”位时，操作任意一端ATPFS至“隔离”位或将司控器钥匙由“OFF”位旋至“ON”位后，辅助逆变器会自动关机，约10s后重新启动。

2.2 故障分析

图2为辅助逆变器启动和停机的控制逻辑，当辅助逆变器收到降双弓信号（VCU降双弓指令或硬线降双弓信号）后，辅助逆变器会启动停机锁定程序关机，在停机有效信号持续10s后，重新检测网压，若检测到网压大于1 100V且辅逆无故障，辅助逆变器会自动启动。通过故障现象和控制逻辑可以判断此故障是辅助逆变器收到降双弓信号导致。

图3为受电弓控制电路[2]，由于在使用车间电源调试，PANEBR（受电弓使能继电器）失电，其触点21-22/24闭合，触点31-32/34断开，使得硬线降双弓信号不能发送至辅助逆变器。但由于受电弓控制开关位于“降双弓”位（即PCS的触点1-2、3-4和7-8闭合），当司控器钥匙由“OFF”位旋至“ON”位后，COR3（司机室激活继电器）触点41-42/44闭合，TCMS（列车控制与管理系统）收到降双弓信号，同时VCU（列车控制单元）发送降双弓指令给辅助逆变器。

图4为零速控制电路，当两端ATPFS位于“正常”位时，ATPFR1（ATP隔离继电器）处于失电状态，其触点11-12/14断开、触点21-22/24闭合，零速信号由信号系统给出，但由于列车处于车辆调试阶段，信号系统设备未安装，使得信号系统无法给出零速信号，导致图3中的ZVR1（零速继电器）触点51-52/54处于断开状态。当一端ATPFS打至“隔离”位后，ATPFR1继电器得电，其触点11-12/14闭合、21-22/24断开，此时零速信号由车辆的网关阀给出，ZVR1触点51-52/54闭合，使得TCMS收到降双弓信号，同时VCU发送降双弓信号给辅助逆变器。

由上述分析可知，在贵阳轨道1号线电客车的车辆调试阶段，信号系统无法给出零速信号，使用车间电源供电，虽然切断了硬线发送至辅助逆变器的降双弓信号，但操作司控器钥匙激活司机室后，TCMS检测到降双弓信号，并VCU发送降双弓指令至辅助逆变器，导致辅助逆变器自动重启。此故障不仅影响了辅助供电系统各设备的壽命，也对车辆调试造成影响。

3 改进措施

辅助逆变器的停机设计是为了实现降弓前，即切断高压前提前切除负载，从而提高列车中压、低压负载的使用寿命。但在使用车间电源供电时，高压供电不经过受电弓，此时升降弓操作不应影响辅助逆变器的控制。综上，可对其控制逻辑进行优化以避免此故障的发生，增加逻辑判断：当检测到三位置开关处于车间电源位时，TCMS收到降弓信号后VCU不向辅助逆变器发送降双弓指令。

参考文献

[1]中车南京浦镇车辆有限公司.贵阳1号线运营、修理及维护手册，第5卷，辅助系统维护手册（PM094795101）[Z].2016.

[2]中车南京浦镇车辆有限公司.贵阳1号线电客车电路图（PM09400-371-023000）[Z].2016.endprint