CRH2A型动车组脉冲整流器的运用故障及分析

顾 强 上海铁路局上海动车客车段

1 CRH2A型动车组脉冲整流器概况

脉冲整流器是动车组的电源侧变流器，与后面的逆变器配套构成了CRH2A型动车组的牵引变流器。在牵引时作为整流器，在再生制动时作为逆变器。它要保证中间直流环节的电压恒定、交流电网侧功率因数接近1，还要消除谐波，使电网电流尽量接近正弦，最大程度地提高电网的经济效益，减少电网对周围环境的电磁污染。对于直流侧，在电网电压或负载发生变化时，能够维持中间直流电压的稳定，给牵引电机侧逆变器提供良好的工作条件。脉冲整流器可以实现牵引与再生工况间快速平滑地转换，因此脉冲整流器是交流传动动车组上的一个重要电气部件。

1.1 脉冲整流器的组成

CRH2A型动车组的脉冲整流器部分由单相电压型三点式PWM脉冲整流器和交流接触器K构成，输入电压为牵引变压器牵引绕组输出的AC 1 500 V、50 Hz交流电压，通过无触点控制装置的控制，实现输出直流电压为 2 600～3 000 V（按速度范围变化可调）的定电压控制以及牵引变压器原边侧电压电流单位功率因数的控制。此外，还可通过无触点控制装置实现保护功能。再生制动时脉冲整流器工作在逆变状态，以中间回路支撑电容器输出电压 DC3 000 V为输入，向牵引变压器侧输出AC 1 500 V、50 Hz电压。交流接触器K控制输入侧主电路的接通、断开。

1.2 脉冲整流器基本工作原理

图1为三点式四象限变流器主电路图。四象限变流器各桥臂元件的开关状态采用正弦调制波us1'与三角波相交的方法，则在A、B端可获得正弦脉宽调制的电压波形us。忽略iN与us的高次谐波，只考虑其基波iN1与us1，则有uN=iN1Z+us1。调整us1的幅值和相位，即可使iN1在四个象限内随意变化，使牵引时iN1与uN同相，再生制动时iN1与uN反相，功率因数接近1。这便是四象限变流器的基本工作原理。

图1 三点式四象限变流器主电路图

1.3 牵引状态下的仿真

CRH2动车组的四象限整流器采取瞬态电流控制。根据四象限便流器的控制原理，瞬态电流直接电流控制需要四个传感器，分别用于测量网侧电源电压uN、网侧输入电流iN，和直流侧两个电容的电压u1、u2。根据数学模型可以做出仿真图（ 见图 2）。

图2 数学模型下的仿真图

由图2可以看出在0.1 s电流波形基本保持稳定后，电流与电压可以保持同相位，所以可以知道在此状态下功率因数十分接近于1。

2 故障处理实例

例1：2011年7月22日，D3206次（由CRH2185A担当）运行至瑞安至福安北区间，218506车报牵引变流器（141）故障，218507车报牵引变流器（004）故障，复位无效，机械师断开06车牵引变流器NFB，复位后故障消除，维持运行。

故障处理：厂家下载数据分析，判断认为CRH2185A 07车报（004）故障，是由于接触网电压波动大，牵引变流器自我保护造成。

例2：2011年7月28日，由CRH2157A担当D5477次（合肥～江山），00车为主控端。列车运行至余杭～诸暨区间，随车机械师接司机汇报，称215702车报牵引变流器004故障。司机两次进行RS复位均无效，随车机械师切除02车牵引变流器并维持运行，未影响行车。

故障处理：CRH2157A入上海南动车运用所后，技术、质检、检修和四方售后等人员对CRH2157A进行详细检查，将02、03车无触点进行互换，更换02车的BUF板，试验正常。

3 原因分析

由上述案例分析，故障可分为两大类，一类为外部设备引起，如外部电压大，控制电源异常等。另一类的故障是由于设备本身引起的，如无触点控制装置故障、牵引电机过电流、牵引电机电流不平衡等。

4 应急故障处理

CRH2A型动车组有完善的故障诊断、报警和应急处理系统，在动车组运行中能对牵引变流器发生的各种故障进行诊断、记录和报警，并采取相应的保护措施。当有故障发生时，在监控室内MON监视屏主菜单上出现“故障发生”提示，并伴有声音报警。随车机械师一般通过以下步骤操作：

（1）按压RS复位2～3次。若恢复，正常运行。

（2）若无法恢复，则断开牵引变流器CICN，2～3s后恢复运行。

（3）若仍未能解决问题，则远程切除相应M车，维持运行，待动车组停车后，进行大复位处理。

5 入库诊断处理

在库内检修，可采用以下方法处理：

（1）对故障车辆进行详细检查。包括牵引电机外部状态，各接线是否良好、有无松动；变流器内部各插件、接触器是否良好；控制柜内各元器件及接线的状态是否良好。

（2）在无触点控制器内，设定SCP板上开关，通过LED故障查看故障代码。通过故障代码可查出引起这类故障的原因，如脉冲器异常、门电源异常等，再进行相应的处理。

（3）下载数据进行分析。可打开车下变流器底板，找到变流器控制单元，通过SCR板上的插口，与电脑连接下载数据进行分析。

6 结束语

CRH2A型动车组脉冲整流器经过了几年的运用，通过仿真与动车组的运行证明，在正常的负载范围内与网压范围内，其使用性能非常可靠。经过技术人员和机械师的努力，途中应急故障处理和入库后的故障诊断处理能力有了很大提高，故障也在逐步减少。我们将继续努力，不断提高故障处理能力，为动车组的安全运行而努力。