大秦线重载HXD1机车牵引控制单元TCU插件故障原因分析及对策措施

贾雄

摘 要：针对我段配属的HXD1机车在大秦线6年来的现场运用情况，收集整理了牵引控制单元TCU的故障种类，为解决XHD1型机车牵引控制方面故障而引起降功率运行的问题，从牵引控制单元TCU工作原理及控制机理入手，分析了XHD1型机车牵引控制单元TCU的故障原因，提出了相应的对策措施，并取得了良好效果，有效地提高了XHD1型机车的运行效率。

关键词：HXD1电力机车；牵引控制单元；插件故障；对策措施

中图分类号：U266.2 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.12.058

1 问题的提出

大秦线先后配属了250台HXD1型机车。在近几年的运用时间里，机车上的牵引控制单元TCU表现出了各种故障类型和质量隐患，对大秦线重载列车的生产产生了严重的影响，给机车的安全运行带来了较大的威胁。以下对我段HXD1型机车近几年来牵引控制单元TCU插件故障情况进行分析。

2 牵引控制单元TCU基本原理

牵引控制单元 TCU是由西门子铁路自动化系统SIBAS32模块化逻辑控制系统微处理器控制单元组成。HXD1机车分A，B两节，每节车有一台主逆柜，有两组完全独立的TCU及由TCU控制的牵引变流器和交流牵引电机。当其中一组TCU或由TCU控制的牵引变流器、牵引电机故障时，可将其切除，以免影响另外一组TCU的正常运行。TCU主要由CPU处理器和4QS信号处理单元、PWI信号处理单元、AUX处理单元子系统组成，主要功能有实现机车牵引力（再生制动力）的闭环控制，可变网络的开环控制（例如功率因素控制），牵引变流器中间直流电压的闭环控制，牵引变流器IGBT模块控制信号（触发脉冲）生成，开关器件的触发，牵引变流器、牵引电机、其他牵引器件的监控，防滑及防空转控制以及提供牵引相关的故障诊断数据。

3 常见故障现象、原因分析及对策

3.1 TCU单元电源插件C091故障

3.1.1 机车故障现象

如图1所示，机车高压试验中出现主逆1、主逆2锁定，系统产生高压开关禁止，断电重启无效。

3.1.2 机车检查情况

图1 机车故障现象

使用电脑清除保护后，主逆1锁定故障仍然存在，主逆2锁定故障消失，分析数据记录当时TCU1的4QC、PWI、AUX都出现故障代码10，说明逆变器控制单元，硬件故障。主逆TCU插件的3个部分均出现错误，说明是公用部分发生故障，检查TCU1各插件发现C091电源插件显示灯不亮，对调C091电源插件后故障转移，说明该插件故障。

故障数据及代码：4QC、PWI、AUX辅助逆变器都报代码10，如表1所示。

表1 故障数据及代码

TCU 1 DSP 4QC 2 数据记录存储

TCU 1 DSP 4QC 10 逆变器控制单元：硬件故障

TCU 1 DSP 辅助逆变器 138 硬件短路装置故障

TCU 1 DSP 辅助逆变器 10 逆变器控制单元：硬件故障

TCU 1 DSP PWI 117 冷却剂压力测量值错误

TCU 1 DSP PWI 139 短路回路装置故障

TCU 1 DSP PWI 10 逆变器控制单元：硬件故障

TCU 1 CPU 诊断 3781 组合分离或要求查错从 AUX INV1

3.1.3 原因分析

C091插件为TCU提供24 V电源，该插件故障后，TCU的各插件将无法正常工作，当主逆1由于该故障锁定后，主逆2开始重新配置成为主TCU，在重新配置的过程中软件发生问题，没有正常配置成功，造成主逆1、2全部切除，引起高压开关禁止，同时，此类故障断合蓄电池无效，必须使用电脑清除TCU保护。

3.1.4 对策措施

针对该插件故障，可从以下几个方面着手解决：①根据机车数据分析结果，检查TCU各插件插头紧固状态，然后松开插头检查插针插芯状态，看插针插芯是否缩针，如果各部分无异常，则需要更换TCU1的C091电源插件；②定期检查TCU各插件插头的紧固状态，机车季检时打开TCU柜门，检查TCU各插件插头紧固状态，保证各部分紧固，检查TCU的C091电源插件及其他插件显示灯是否点亮正常；③配合厂家升级机车TCU牵引控制单元程序，使模块处于最佳工作状态。

3.2 TCU单元插件插头内部跳线接触不良故障

3.2.1 机车故障现象

机车运行中出现主断跳闸现象，故障显示：主逆封锁，TCU闪红。

3.2.2 机车检查情况

如表2下载数据显示，4QC、PWI、AUX辅助逆变器报代码63，监控插头检测到错误，由此判断是TCU的插件插头内部跳线接触不良造成故障，如图2所示。

表2 故障数据及代码

TCU 2 DSP辅助逆变器 63 监控插头检测到错误

TCU 1 CPU诊断 3983 TUC2断开主断路器

图2 TCU的插件插头内部跳线接触不良

3.2.3 原因分析

如果TCU单元插件的插头内部短接线接触不良，这样很容易造成部分信号丢失，就会引起主逆切除。如果4QC、PWI、AUX辅助逆变器报代码63，则必须检查TCU单元G011插件X3插头内部的z2-b2点、G011插件X4插头内部的z2-b2点、G019插件X3插头内部的z2-b2点、G019 插件X4插头内部的z2-b2点、G051插件X3插头内部的 z2-b2点、G051插件X4插头内部的z2-b2点、L095 插件插头内部的b4-b6点、L103插件插头内部的b4-b6点、L119插件插头内部的b4-b6点、L135 插件插头内部的b2-z2点和L143插件插头内部的z4-z6点内部跳线状态。

3.2.4 对策措施

针对TCU的插件插头内部跳线接触不良造成的故障，可从以下几个方面着手解决：①根据数据分析结果，检查TCU各插件上部插头内跳线状态，更换TCU单元对应插件上部插头内部跳线。②定期检查TCU各插件上部插头内跳线状态。结合各级修程下载机车数据，由专业技术员分析是否有相关故障。如果有相关故障，则需检查TCU单元插件上部插头内部跳线状态，必要时要更换处理。③结合各级修程清洁TCU各插件，并检查TCU风扇工作状态正常。

3.3 TCU单元G151插件故障

3.3.1 机车故障现象

机车正常运行，过分相后出现主逆2切除、主断跳闸，乘务员停车后重新断合低压柜上TCU自动开关后故障消除。

3.3.2 机车检查情况

机车回段后试验正常。如下载数据表3所示，数据记录当时故障代码3516，说明HDWO：BOCD3故障（-A100-G151）；同时跟随故障代码47，IGBT电源故障；故障代码3622，说明辅助逆变器接触器故障。由于主逆几个部分均出现错误，说明是公用部分短时发生故障引起，因此判断是TCU的G151插件故障，故障部件如图3所示。

表3 故障数据及代码

TCU 1 CPU 诊断 3983 TCU2断开主断路器

TCU 1 CPU 诊断 3784 组合分离或要求查错从PWI INV2

TCU 2 DSP PWI 47 IGBT电源故障

TCU 2 CPU 诊断 3516 HDWO：BOCD3故障（-A100-G151）

TCU 2 CPU 诊断 3622 辅助逆变器接触器故障

CCU 2 CPU 诊断 616 辅助逆变器隔离开关2无效

图3 故障部件

3.3.3 原因分析

G151插件控制TCU的110 V/24 V电源，由于该插件短时故障，造成IGBT模块电源丢失。

3.3.4 对策措施

针对该故障，可从以下几个方面着手解决：①根据数据分析结果，检查TCU各插件紧固状态。如果各部无异常，则更换TCU的G151插件。②定期检查。修程中检查G151插件控制TCU的110 V/24 V电源状态，如果有故障，就要更换出力TCU的G151插件。结合二年检修程更换CCU及TCU的备用电池，又因TCU对工作电压的要求较高，瞬间电压波动易造成电源丢失，因此机车蓄电池容量不够时必须更换。

3.4 TCU单元SIP插件通讯故障

3.4.1 机车故障现象

机车运行中出现主逆2原因导致跳主断、TCU2完全锁定，乘务员重新断合低压柜上TCU自动开关后故障消除。

3.4.2 机车检查情况

机车回段后试验正常，如下载数据表4所示，当时故障代码为16，为和STDSG通讯故障。由于TCU的4QC、辅助逆变器AUX报其他插件版子通讯故障， 所以判断为PWI的SIP插件版子故障，故障插件如图4所示。

表4 故障数据及代码

TCU 2 DPS 4QC 16 和STDSG通讯故障

TCU 2 DSP辅助逆变器 16 和STDSG通讯故障

TCU 2 DPS 4QC 16 和STDSG通讯故障

TCU 2 DSP辅助逆变器 16 和STDSG通讯故障

TCU 2 DPS 4QC 16 和STDSG通讯故障

TCU 2 DSP辅助逆变器 16 和STDSG通讯故障

TCU 2 DPS 4QC 16 和STDSG通讯故障

TCU 2 DSP辅助逆变器 16 和STDSG通讯故障

TCU 2 DPS 4QC 16 和STDSG通讯故障

图4 故障插件图

3.4.3 原因分析

机车正常运用中，TCU的4QC、PWI、辅助逆变器AUX与SIP插件一直在互相传输数据。由于PWI的SIP插件故障，造成与4QC、辅助逆变器AUX的SIP插件之间通讯故障，引起机车保护动作，主逆原因跳主断、TCU完全锁定。

3.4.4 对策措施

针对该故障，可从以下几个方面着手解决：①根据机车数据分析结果，检查TCU各插件紧固状态。如果各部无异常，更换PWI的SIP故障插件。②定期检查PWI的SIP插件上部插头内部状态，结合各级修程下载数据看是否有相关故障。如果有相关故障，则检查PWI的SIP插件上部插头内部状态，必要时，更换PWI的SIP插件。③按要求对机车进行高压试验，分别断开TCU1或TCU2自动开关，试验另一组TCU能否正常工作。

另外，通过对TCU插件导致的机车故障分析，发现部分故障有时断合TCU电源能暂时恢复，对此，我段采取了相应的管理措施。

组建和谐机车质量咨询组（开通咨询电话7280811），由专业技术人员24 h值守，为乘务员提供技术支持。当机车出现故障时，可以拨打咨询电话，由技术人员远程指导乘务员对机车故障进行处理。

4 结束语

HXD1型电力机车作为我国目前最先进的交流传动重载货

运电力机车之一，在大秦线运用已有6年多的时间，我段技术、检修人员通过对机车运用过程中出现的问题进行分析，在实践中不断学习和摸索，对HXD1型电力机车有了一定的认识。笔者针对HXD1型电力机车牵引控制单元TCU发生的一些主要故障现象，提出了一些自己的想法和处理方法，减少了机车故障，缩短了因机车故障造成的运用停时，确保为大秦线运量提供足够的运用机车，在此希望能与同行交流，以达到在工作中更好地使用好、维护好HXD1型电力机车的目的。

参考文献

[1]张曙光.HXD1型电力机车[M].北京：中国铁道出版社，2009.

〔编辑：王霞〕