HXD2型电力机车辅助变流器隔离原因及其应对措施

刘志军

【摘 要】论文简要介绍了HXD2型电力机车辅助变流器的工作原理，针对1800v直流输入环节、中间直流环节、逆变输出环节中引起辅助变流器隔离故障的原因和故障方程式成立的条件进行了分析，总结了故障产生的具体条件及影响，提出了有效锁定故障点的检查、测试手段及维修方案。

【Abstract】This paper briefly introduces the working principle of the auxiliary converter of HXD2 electric locomotive， analyzes the cause of isolation fault of auxiliary converter in the 1800V DC input link， intermediate DC link and inverter output link， analyzes the conditions to establish the fault equations， summarizes the specific conditions and the influence of the fault， and puts forward the inspection， testing means and maintenance plan for effectively ensuring fault point.

【关键词】HXD2型电力机车；辅助变流器；功率模块；隔离

【Keywords】HXD2 type electric locomotive； auxiliary converter； power module； isolation

【中图分类号】U266.1 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）04-0194-03

1 引言

HXD2型电力机车是大秦线重载运输的主型机车，自投入使用以来，“辅助变流器隔离”故障多发，导致蓄电池电压下降、拖车损失、机车紧急制动等问题，严重影响了运输生产秩序，也给安全生产带来了巨大隐患。迫切需要研究机车辅助变流器发生隔离故障的原因及制定相应的应对措施。

2 辅助变流器主回路与网络控制原理简介

HXD2型电力机车辅助变流器采用DC-DC-AC的变换模式实现电源的变换输出，其输入电源取自牵引变流柜的中间直流回路，单节机车有两组辅助变流器装置，一组为变频变压型（VVVF），一组为定频定压型（CVCF），互为冗余，当其中任意一组故障时，另一组为所有的负载提供电源。

牵引变流器中间直流电压为辅助变流器一、二提供电源，经输入熔断器送入斩波模块变换为DC545V输出，然后经过三相逆变模块逆变为三相交流380V电源为辅助机组供电。

3 HXD2型电力机车辅助变流器隔离的故障方程式分析

HXD2型电力机车目前辅助变流器隔离故障较多，2016年共发生辅助逆变器隔离106件，其中辅助逆变器输入异常故障引起24件，辅助逆变器中间直流环节故障引起30件，辅助变流器输出回路故障引起52件，分析故障率较高的部件主要有三相逆变模块（OND）、斩波器、辅助控制单元（ACU）、传感器等，其总和约占引起辅助变流器隔离的80%。

3.1 辅助逆变器输入异常故障

当辅助变流器输入电压较正常值 1800V明显异常或输入模块永久性故障时，辅助变流器出现输入欠压、快速欠压、输入过压及输入保险故障或以上故障复合后，辅助变流器被隔离。

3.1.1 输入欠压故障

输入欠压故障代码有E0-31-02 ME_SOUSUENTS和00-31-02 ME_SOUSUENT两种。当辅助变流器输入电压<1500V时，机车数据记录E0-31-02，当辅助变流器输入电压<1384V时，机车数据记录00-31-02，隔离该辅助逆变器。

3.1.2 输入过压故障

输入过压故障代码有E0-31-00 ME_SOUSUENTS和E0-31-01 ME_SURUENTS两种。当辅助变流器输入电压>2090V，且20 秒之内发生两次该故障，或一个故障持续20 秒，机车数据记录E0-31-00并隔离该辅助逆变器。当辅助变流器输入电压>2200V时，记录E0-31-01并隔离辅助逆变器。

3.1.3 输入保险故障

输入保险故障代码为E0-31-03 ME_CCENTCVS。当辅助变流器输入保险的联锁无反馈时（1秒内），如果20 秒之内发生两次故障，或一个故障持续20 秒，隔离辅助逆变器。

3.1.4 输入模块永久性故障

输入模块永久性故障代码：00-31-05 DA_PERMENT。如果在 20秒内发生 2 次输入模块故障或1 个输入模块故障持续20S，隔离辅助逆变器。

3.2 辅助逆变器中间直流环节故障

当辅助逆变器中间直流环节电压异常时，出现中间直流环节过压一次、二次故障；当辅助逆变器中间回路电流异常时，能出现斩波器过电流、超载过热、门极驱动故障、保护晶闸管故障、短路故障等。

3.2.1 中间直流环节过压故障

中间直流环节过压故障分为一次和二次过压，故障代码分别为E0-31-0D ME_SURUINT1和E0-31-06 ME_SURUINT2。当斩波器输出电压>680V时，数据记录E0-31-0D，当斩波器输出电压>730V时，数据记录E0-31-06。如果20 秒之内发生两次，或一个故障持续20 秒，机车隔离该辅助逆变器。

3.2.2 斩波器超载、过流故障

当斩波器输出电流>300A（10 秒内），机车记录斩波器超载，并隔离辅助变流器；當出电流>700A 时，机车记录过流故障，如果20 秒之内发生两次故障，或一个故障持续20 秒，辅助变流器被隔离。

3.2.3 斩波器过热故障

斩波器过热故障代码为E0-31-05 ME_SURTEMPHACH，当斩波器温度传感器超过整定值时，常开接点断开，即ACU 接收不到斩波器温度传感器信号，隔离辅助逆变器。

3.2.4 斩波器内部器件故障

斩波器门极驱动故障代码为E0-31-0B ME_IGBTHACH，当门极驱动板故障后，如果20秒内发生两次故障，或一个故障持续20 秒，隔离辅助逆变器。

IGBT保护故障代码为00-31-22 DA_TESTTHYR，当状态量E_CA_UINT>100V且持续600ms，辅助逆变器被永久隔离。

3.3 辅助变流器输出回路故障

当逆变器输出电压或电流异常时，出现输出过压、超负荷、输出过电流故障。同时，逆变器本身门极驱动板故障、风机电流故障和接触器矛盾等其他故障也会引起辅助逆变器隔离[1]。

3.3.1 逆变器输出过压

逆变器输出过压故障代码为E0-31-11 ME_SURUAC，当逆变器输出电压>440V，且20 秒之内发生两次故障，或一个故障持续20 秒，辅助变流器隔离。

3.3.2 逆变器超载、过流故障

逆变器超负荷故障代码为E0-31-12 ME_SURCHAC，当逆变器输出电流>230A （10 秒内），辅助逆变器隔离。

逆变器输出过电流故障代码为E0-31-18 ME_SURIAC，当逆变器输出电流>800A，且60 秒之内发生 4 次故障，辅助逆变器隔离。

3.3.3 逆变器及相关部件故障

门极驱动臂故障代码为：E0-31-0E、E0-31-0F、E0-31-10三种，分别对应 12、34、56 臂， 当其中一个驱动臂故障，且20 秒之内发生两次故障，或一个故障持续20 秒，辅助逆变器隔离。

3.3.4 风机电流异常及接触器矛盾故障

辅助变流器风机电流故障代码：E0-31-14 ME_VTCVS，当辅助变流器风机电流>1.755A 或<0.585A（20 秒内），辅助变流器隔离。

逆变器输出接触器矛盾故障代码E0-31-15 ME_CISONDCVSME，当辅助变流器输出接触器的控制和反馈不一致时，且20 秒之内发生两次故障，或一个故障持续20 秒，辅助变流器隔离。

4 辅助逆变器隔离故障的处理及应对措施

4.1 输入异常的处理

针对输入欠压、过压故障，用eTrain 软件监控输入电压，如异常，检查主变流器中间环节故障原因并处理；正常时，更换1800V输入电压传感器。

针对输入保险故障，测量输入保险通断状态。当保险断路时，更换输入保险并检查斩波器，测量斩波器的3个接线柱之间电阻值，阻值为零时更换斩波器；当保险正常时，恢复联锁按钮并测量联锁通断状态，更换联锁或检查输入保险联锁到 ACU机箱接线，处理不良部位。

4.2 中间直流环节过压故障的处理

针对斩波器超载、过流故障，检查输出电流传感器接线状态，如接线良好可尝试更换斩波器或输出电流传感器并试验，确定具体的故障部位施修。

针对斩波器过热故障，检查温度传感器接线状态及通风是否正常，如散热不良，清理或更新滤网。

针对斩波器故障，当数据记录驱动板故障时，更换对应斩波器门极驱动板；当记录IGBT保护故障时，检查电压抑制器接线状态，如接线烧损，更换接线或更换电压抑制器ECR。并用 eTrain 软件监视 ECR状态，重新启动辅助变流器。 如各项检查正常，尝试更换ACU 并试验，锁定故障点后施修。

4.3 辅助变流器输出回路故障的处理

针对逆变器输出过压故障，先用 eTrain 软件分别在全频和半频状态下，监视逆变器电压、电流值，确认负载状态。然后查逆变器输出电压传感器、电流传感器部件及接线状态，发现问题针对处理。如无明显异常，可分别尝试互倒ACU、OND、电压传感器、电流传感器，故障转移时更换故障件。

针对风机电流故障处理，分析数据变量中辅助变流器风机电流值>1.755A时，检查风机保险接线状态，并测量三相接触器触头通断，确认风机状态，发现问题针对处理。当电流<0.585A时，互倒风机电流互感器、整流桥、ACU，如故障转移，更换故障电流互感器或整流桥。

针对接触器矛盾故障，分析数据变量，手动试验接触器动作是否灵活、检查测试接触器线圈阻值及联锁接线状态，如无异常可尝试更换中间继电器、辅助变流器输出接触器，锁定故障后针对施修。[2]

5 结语

辅助变流器隔离故障的原因很多，且较为复杂。为了更好地了解处理故障，总结分析了以上三大类故障的原因及应对措施，提高了HXD2型电力机车检修质量和故障处理能力，有效保证了机车运行安全。当然，在HXD2型电力机车技术引进后的维护保养、日常检修中，除了分析产生故障的原因，还需要加强部件的质量管理和检修维护管理，积极探索有效的监测手段和改进措施，才能最大程度地减少辅助变流器隔离故障的发生概率。

【参考文献】

【1】阿尔斯通公司.HXD2型電力机车维护手册[K].

【2】HXD2型电力机车随车维护软件帮助文件.