高寒列车全列DC 600 V逆变器、充电机不工作原因分析及对策

牛明浩,张 辉,黄津晶

(1 北京铁路局 车辆处,北京100038;2 北京铁路局 动车客车段,北京100039)

2010年9月配属北京铁路局的新造25G型高寒客车,自 2010年11月12日投入4487/4488/K589/K590次(石家庄—北京西—重庆)使用以来,多次发生全列客车车下DC 600 V逆变器、充电机过欠电压保护不能正常工作的问题,严重影响列车正常运行。为查找发生问题真正原因,尽快解决此问题。2010年12月1日北京铁路局车辆处组织客车制造厂、逆变器生产厂对4487/8次列车进行跟车试验。

1 试验情况

本次试验采用专用电压检测设备,对机车输入客车电源品质进行监测,测试点选在9号车厢RW555092电器综合控制柜I、II路主开关处。4487/8次列车运行期间,牵引机车DC 600 V供电电源工作不稳定,最高电压达到840 V、最低电压380 V,不符合TB/T 3063—2002要求,影响客车逆变电源正常工作。此现象发生主要集中在机车供电初期、过分相及机车停止供电30 min以上重新供电时。电压波形见图1～图3。

2 原因分析

导致直供电机车供电系统输出电压不稳主要有3方面因素。

2.1 机车供电系统主电路故障或不稳定

图1 机车供电初期输出电压波形图

图2 机车过分相时输出电压波形图

图3 机车停止供电时输出电压波形图

机车供电系统主电路原理见图4,交流输入电压860 V,经真空断路器13KM与快速熔断器11FU到单相整流桥与电流传感器11SC,通过变压器的滤波电抗器13L和滤波电容器19C输出直流电压600 V。当主电路中滤波电抗器13L或滤波电容19C技术状态不良时,机车供电系统主电路输出DC 600 V电压不稳。

2.2 机车供电系统电子电路不稳定

机车供电系统的电子电路原理是给定延时积分环节的预置值与电压反馈信号比较,进行调节器运算得出晶闸管的触发角,通过同步处理器与功率放大环节控制晶闸管的触发脉冲模块,经隔离处理控制晶闸管的开通。当电子电路出现不稳定状态时,会导致机车供电系统输出电压波动。

图4 机车供电系统主电路原理图

2.3 负载投入与机车供电系统不匹配

针对南、北方地域气候差异、负载不同特点,冗余控制的DC 600 V供电装置的控制模式分为两种:冬季控制模式和夏季控制模式,其控制原理分别见图5、图6。

针对北方气温低,客车使用电阻加热,以电阻性负载为主,控制模式为冬季控制模式,供电控制系统采取了电压调节的方式进行控制,即DC 600V给定与检测出的实际电压反馈比较,经过电压调节器得出整流桥的控制值,这样可使列车供电柜在冬季时DC 600 V输出保证稳定。

针对南方气温高,客车使用空调较多,以电感性负载为主,控制模式设计为夏季控制模式。供电控制系统采取了电压调节+电流调节的串联方式进行控制,即DC 600 V给定与检测出的实际电压反馈比较,经过电压调节器、电流调节器后得出整流桥的控制值,这样可使列车供电柜在夏季时DC 600 V输出更加稳定。

以北京为界,北京以北地区直供电机车,针对加热优化,供电系统使用冬季控制模式,北京以南地区直供电机车,针对制冷优化,供电系统使用夏季控制模式,当冬季投入阻性负载功较大而牵引机车供电系统为夏季控制模式,或者夏季投入电感性负载较大而牵引机车供电系统为冬季控制模式时都会导致机车供电系统输出电压不稳。

北京铁路局开行的4487/8次列车,在发生车下逆变器、充电机不启机问题初期,误认为机车供电电压不稳是个别现象。曾与机务部门协调,更换牵引机车2台,但客车逆变器、充电机过欠压不启机问题依旧存在。基本排除上述第1、2种因素导致机车供电系统电压波动的可能性。

2011年1月北京铁路局机务处、车辆处组织直供电机车供电装置生产厂、客车制造厂,在牵引的4487/8次列车SS80118号机车上进行冬季控制模式的技术试验,试验结果为全程机车供电系统电压输出稳定,全列客车逆变器、充电机均能正常工作。试验结果表明,北京铁路局投入使用的4487/8次列车车底为25G型高寒客车,其加热器功率比普通列车大得多(每辆普通客车客室为12 kW左右,每辆高寒客车客室为23 kW左右),而牵引机车供电系统为夏季控制模式,客车负载与机车供电系统不配,机车供电系统电压波动较大,超出客车逆变器、充电机正常工作范围,导致客车逆变器、充电机不能正常工作。

图5 冬季控制模式示意图

图6 夏季控制模式示意图

3 解决措施

(1)改变机车供电系统控制模式。按照季节气候特点,调整牵引高寒列车的直供电机车供电系统控制模式,如在冬季北京地区的SS8机车冗余控制列车供电系统的控制模式调整为冬季控制模式,在夏季北京地区的SS8机车冗余控制列车供电系统的控制模式调整为夏季控制模式,保证客车的正常使用。

(2)改变客车负载投入方式。在冬季,北京地区的SS8机车非冗余控制列车供电系统无法调整为冬季控制模式时,机务部门应及时告知车辆部门。车辆部门采取机车供电初期,将列车供电Ⅰ路和Ⅱ路所带电加热器,手动调节成“空调半暖”运行模式,减少电热器负载投入,保证车下逆变器、充电机正常工作。