8D思路在机车模块故障调查中的应用

郭小飞　沙作伟

【摘 要】中白二型机车是庞巴迪公司与同车公司合作生产的交-直-交传动、Co-Co轴式7200KW大功率六轴货运机车。整个目18台机车，配属在白俄罗斯巴拉诺维奇机务段。作为公司“国际名片”的Belarus2型机车有幸担当“牵引中欧班列”，为“一带一路”货运任务做出了巨大贡献，为公司赢得了良好的口碑。但机车在白俄罗斯铁路局的日常商业运营过程中，发生的多起牵引变流器模块故障，严重影响白铁的商业运营。为保障白铁的正常商业运营、缓解了白铁客户的顾虑，BNP中白二项目团队由项目主导，紧急协调工程、售后服务团队第一时间前往白俄罗斯现场收集故障数据，调查故障原因。并最终在公司质量、运营、采购、等部门同事齐心协力下，采用8D思路、鱼骨图排除等，找到了牵引变流器模块故障发生的根本原因，并制定了有效的纠正措施，彻底解决了中白二机车牵引变流器模块故障。

【关键词】项目团队;机车;牵引变流器模块故障

中图分类号： V443文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）13-0068-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.13.031

0 引言

中白二型机车是庞巴迪公司与同车公司为满足白俄罗斯铁路机车的升级换代，而研制的宽轨大功率交流传动重载电力机车。机车的研制依托庞巴迪大功率交流传动电力机车研发平台，及中白一型机车的运用经验，适用于在白俄罗斯国家铁路干线及在取得机车认证证书后跨境进入俄罗斯、乌克兰等其他独联体国家牵引货物列车。在日常商业运营中，出现的大批量牵引变流器模块故障，严重影响了客户的商业运营。故特此将中白二机车项目团队调查分析机车牵引变流器模块故障的经验进行梳理、总结，其一便于公司其它项目团队借鉴经验教训，提高项目执行质量;其二便于其它项目团队借鉴此故障调查过程，高效处理其它类似故障。

1 中白二机车牵引变流器模块故障背景

中白二机车项目共18台机车，从2017年8月起机车在巴拉诺维奇机务段投入运用以来，共发生了16起模块故障，其中逆变模块（W14-5）8起，整流模块（46-5）8起。白铁发函定义牵引变流器模块故障为批量质量问题，要求BNP于同年12月底提交调查分析报告和最终整改措施。

2 牵引变流器模块故障信息统计

2.1 故障模块基本信息

模块W46-5：3起斩波相IGBT击穿，5起为四象限整流IGBT击穿，总计8起故障。

模块W14-5：7起IGBT反馈偶发故障;1起IGBT击穿故障，总计8起故障。

2.2 牵引变流器模块故障率统计

合同对批量故障的定义是年故障率≥8%。中白2机车目前运营6个月左右，但模块的故障率已经达到11.1% （=16/18/8），超过合同中批量故障定义的年故障率。

3 白俄罗斯现场故障调查

3.1 白俄罗斯现场故障模块维修

根据现场维修测试及试验情况来看，6起W46-5模块是由于IGBT击穿导致;而6起W14-5模块没有发现硬件故障（6起故障均为正线运营中的故障，回段后故障无法再现），只能根据诊断数据来尝试性更换出现过故障位置的IGBT及对应的GDU硬件。后续跟踪机车正线运营，观察模块运营状态，进一步确认是否为IGBT或GDU硬件问题。

3.2 跟踪现场维修后模块运营状态

白俄现场总计维修故障模块（7个），6个（2个W46-5/4个W14-5）模块装在TS14车测试验证，1个W46-5装在TS16车测试验证，现场FST跟踪观察模块运营表现。

经过验证确认，装车测试的W14-5模块（现场维修后模块）在后续运营中，又出现了两起和维修前同样的故障。

4 可疑故障原因排查

中白二机车项目白俄现场支持团队，采用鱼骨图，从机车运营环境、软件、故障关联硬件、模块本身质量问题等四个大方向入手，在TS14机车上不断进行逐条试验、验证、排除，经过多次排查验证，发现GDU连接IGBT的线束WAGO插头接触配合时有不良，尝试性更换W14-5故障模块故障位置线束WAGO插头后，安排机车正线试验运行。跟踪观察模块运营状态一切正常。

5 原因分析

5.1 WAGO插頭供应商对从现场故障模块上更换下的WAGO插头进行试验分析

5.1.1 外观检查，发现WAGO插头母端受到损伤

5.1.2 夹持力测试

WAGO供应商天津工厂对BNP从白俄现场返回的WAGOC插头（白俄现场从故障模块上拆下的WAGO插头）做了夹持力检测，采用含有1.0mm脱光针的40g砝码检测拉脱情况。工厂控制文件规定，能够使≥40g砝码滞空则产品拉拔力符合标准，反之，则产品不合格，测试结果如下图，拆解加持力测试不通过的WAGO插头，发现夹持力测试不通过的端子内部均有刮伤。

5.2 BNP中白二项目团队对从白俄罗斯现场返回的故障模块进行拆解分析

（1）中白二项目团队对从白俄现场返回的6个故障模块进行拆解，发现连接IGBT与GDU线束上的WAGO插头有损伤的插头的位置与机车TCMS诊断系统报出故障位置一致，两者正好一一对应。

（2）对于W14-5故障模块，根据TCMS诊断系统的故障数据，结合模块内部的电器件布局位置，拆解模块内部故障位置WAGO插头进行分析，发现连接IGBT和GDU之间的线束的WAGO插头金针孔明显变大。

（3）对于W46-5故障模块，根据TCMS诊断系统的故障数据，结合模块内部的电器件布局位置，发现连接IGBT和GDU之间的线束WAGO插头的孔也明显变大，并且对应GDU公端插头金针有明显放电痕迹。

（4）拆解上述WAGO插头孔已明显变大的插头进行分析，发现孔已变大的WAGO插头端子上均有划痕，对比好的WAGO插头端子（孔未变大的WAGO插头）均无划痕。

5.3 牵引变流器模块故障的电气原理分析

5.3.1 W46-5模块故障

以BKG2-12机车W46-5模块（序列号：7100038/4032）故障为例，2017年10月27日8：25CON1-T2103整流桥的GDU反馈故障导致IGBT短路，分析整车TCMS诊断数据，当发生故障时，TCMS诊断系统报出牵引变流器1的相1、相2电流超限故障同时触发软件保护动作，导致机车主断路器断开。

分析变流器诊断数据记录，当故障发生时，牵引变流器报出“变流器模块中中间直流电压低，POA1/V1（VS1：L2/V1）@导通指令错误，POA1/V1（VS1：L2/V1）@关断指令错误;POA2/V2（VS2：L2/V1）@导通指令错误，POA2/V2（VS2：L2/V1）@关断指令错误”。

根据上述故障信息结合如下W46-5模块电气控制原理可以发现，对于W46-5模块的四象限整流部分来说，每个桥臂的两块IGBT的导通和关断由同一个门极驱动单元（GDU）控制。当WAGO插头内端子簧片间隙过大时，就会有点位“1、2、3、4、8”中某些点位出现接触不良的情况，导致受同一GDU控制的两块IGBT不能按指令正确动作，就会出现过电流，IGBT击穿的情况。

5.3.2 W14-5模块故障

以BKG2-04号机车W14-5模块（序列号：7100038-3056）故障为例，运行中电机“3”隔离，报CMM4[CON1-T2104]（M3） 反馈错误。分析变流器故障数据发现报“IGBT5导通指令反馈错误;IGBT5关断指令反馈错误”。

根据上述故障信息，结合如下W14-5模块电路原理，可以发现由于IGBT的导通和关断是由门极驱动单元（GDU）控制的。所以当-X2插头内端子簧片间隙过大时，就会有点位“1”、“2”、“8”中某些点位出现接触不良的情况，会导致反馈故障，电机牵引封锁。

6 中白二机车项目牵引变流器模块故障原因概述

牵引变流器模块线束WAGO插头接触不良（插头间隙过大），导致模块报IGBT反馈故障和IGBT穿故障。

根据中白二项目团队对BNP内部生产过程的调查，确认WAGO插头在正常的生产制造过程中，端子状态是良好的，WAGO插头本身质量是可靠的，正常装配WAGO插头，不会导致WAGO插孔变大。

但发现GDU和WAGO插头装配的过程配合太紧，有个别新员工，未按照作业指导书要求操作，使用较大的插针（>1.8mm）进行预插，预插后容易安装，但导致了WAGO端子导流片损坏，导流片的侧壁碰上了母插头的内壁留下划痕，这种错误的操作损坏了WAGO插头导流片的接触距离，使距离变大，接触保持力變小，并且不符合接触力要求，会产生电路虚接现象。

7 永久性纠正措施及项目执行过程中的优化

现场整改更换中白二机车牵引变流器模块内部所有8孔WAGO插头;

要求WAGO供应商提供合格的WAGO插头，并附带测试合格报告;BNP质量部将线束WAGO插头物料纳入进料检物料清单中，进行进料检质量把控;

BNP工艺完善机车模块装配作业指导书，细化指导书操作流程、注意事项和要求;

对公司员工进行装配技能培训，督促项目团队提高项目岗位技能。

【参考文献】

[1]Enzensberger3EH-216519-0001_Fende-Converte，2008.

[2]W.Bosshart牵引变流器操作手册，2008.

[3]P.Jenkinson3EH-216594-0001_Aen上箱体信号清单说明 2008.