高速动车组电开水炉断路器跳闸故障的处理方法

杨守沼

摘要：本文在基于电开水炉电气控制原理的基础上，阐述了电开水炉断路器跳闸的故障机理，并提出了处理方法。

关键词：电开水炉;跳闸;TVS管;优化

简介

随着我国高速铁路的飞速发展，动车组的数量也在不断的增加，高效、安全、绿色、便捷的动车组为广大民众出行提供了便利，深受广大民众钟爱。电开水炉作为高速动车组上的服務设施，为乘客提供饮用水，它的性能稳定与否，能够影响乘客的乘车体验及舒适度。本文以动车组开水炉为对象，在分析其工作原理的基础上，阐述了运行过程中电开水炉断路器跳闸的故障机理，并提出了对应的优化处理措施。

1.电开水炉电气控制原理

动车组所配置的车载电开水炉主回路主要由分励脱扣器、空气开关、单相整流桥、逆变器、电流互感器和感应线圈等部件组成。动车组受电后，通过受电弓、主变压器等电力设备，为开水炉提供单相交流AC220V工作电源，单相交流电源经空气开关进入电控箱，再经单相整流桥整流成500V左右直流电，由功率模块组成的半桥逆变器把直流电转变成25KHz左右的高频交流电，供给感应线圈，在产水箱腔体中产生涡流并使之发热，将水烧开[1]。

电开水炉控制电路主要由8位单片微处理器及外围数字电路、脉冲驱动电路、水位传感器、逆变器、温度传感器、稳压电源、指示灯、继电器及控制进水的电磁阀等部分组成，在微处理器的程序作用下，能根据产水箱水位的变化，控制电磁阀的开/关，逆变器的启/停，进行断水保护、缺水自动进水、水位显示等功能，并且当逆变器发生过流、过热等异常情况时自动保护停机，等恢复正常且延时一定时间后再启动逆变器，另外微处理器能根据逆变器输出的电流电压相位信号调整工作频率，使逆变器工作在最佳谐振状态[2]。

2.故障机理

电开水炉过压保护电路由6个5KP220CA型号的TVS管串联而成，并联到半桥逆变器前端，用于防止整流桥和IGBT模块过压击穿。电开水炉输入电压为AC280-496V，整流、滤波为DC386-706V。TVS管可持续工作电压为220V，击穿电压为246-272V，钳位电压为371V，过压保护电路（6颗串联）可持续工作电压为1320V，击穿电压为1464V-1620V，钳位电压为2226V，整流桥、IGBT模块分别实际可耐受2340V -2520V、3400V（两组串联）反向电压。

在动车组运用过程中，如果出现运行线路网侧谐波峰值过高、供电设备输出电压过高等异常时，会造成动车组高压供电系统输出到开水炉的工作电压过高，形成瞬间浪涌电压，当浪涌电压超过TVS管耐受极限，稳压模块中的TVS管（瞬态二极管），吸收浪涌电压，TVS管击穿短路，导致断路器跳闸[3]，电开水炉无法正常使用。

3.处理方法

基于网压波动、网侧谐波峰值现有技术不能完全消除，电力设备缺陷再所难免，根据实际情况，解决TVS管击穿问题，可以从增加临时应急旁路，提高控制线路对浪涌电压的吸收能力等方面进行改进：

一是在浪涌吸收结构串联便于更换的熔断器，当浪涌吸收器击穿后，电开水炉可维持使用，同时报出故障;

二是将“6个5KP220CA型TVS管串联”优化为“6个15KP220CA型TVS管串联”结构，提高电开水炉控制抗浪涌吸收能力。

4.结论

针对高速动车组电开水炉断路器跳闸问题，初步分析由于运行线路出现网侧谐波峰值过高、供电设备输出电压过高等异常，浪涌电压超过TVS管耐受极限，TVS管同时击穿短路，导致断路器跳闸，电开水炉无法正常使用。拟在浪涌吸收结构串联便于更换的熔断器，并内部增加故障显示;同时通过优化浪涌吸收保护电路元件配置，提高电开水炉控制抗浪涌吸收能力。达到提高开水炉在使用过程中可靠性的目的。

参考文献：

[1] 李晓静.CRH1 型动车组电茶炉原理及常见故障处理 [J].农家参谋.2018：240.

[2] 张琦.铁路客车电茶炉故障分析及改进措施 [J].铁道技术监督.2015，42（2）：28-30.

[3] 杨四海.CRH2A型动车组电茶炉接地故障原因分析及对策[J].上海铁路科技.2009，（3）：51-52，11.

（作者单位：中车青岛四方机车车辆股份有限公司）