地铁车辆辅助逆变器故障分析及整改研究

郑 超

（郑州地铁集团有限公司运营分公司，河南郑州 450046）

0 引言

为提升研究的实践价值，选择郑州地铁2 号线与深圳地铁2 号线作为研究对象，郑州地铁2 号线经常发生IGBT 辅助逆变器故障，深圳地铁2 号线则在库内激活环节频繁出现IVLB（接触器）与3PhMK（接触器）触点不一致故障。

1 辅助逆变器IGBT 故障

1.1 故障描述

郑州地铁2 号线辅助逆变器出现IGBT 故障后，该模块停止工作，HMI（人机界面）提示辅助逆变器出现严重故障，空压机无法打风，空调（车用空调）无法正常工作，车辆正常运行因此受到严重影响。

1.2 故障调查

结合实例，某辅助逆变器出现严重故障，图1数据显示 FB00（A 相上管反馈故障（FASF））、FB01（A 相下管反馈故障（FAXF）），即系统反馈辅逆故障点，检测对应时刻，发现图2 三相输出开始异常。

现场检查所有IGBT 外观无异常，但接通控制电后脉冲分配板A 相上下管故障灯亮红，对模块三相的IGBT 的驱动线进行测试，发现A 相上管驱动板的GE 极出现短路，解体模块后对所有IGBT 进行静态测量。测量结果见表1。

图1 辅助逆变器故障记录

图2 故障时间段波形

表1 IGBT 静态测量阻值

由此判断V3 位置（A 相上管）的IGBT 损坏，因为IGBT 关断失效而导致元件内部形成短路，当A 相下管IGBT 导通时，由于A 相上管IGBT 已经短路形成上下管直通的情况，导致下管发生保护而报出A 相下管保护故障。厂家对故障IGBT 深入分析，发现故障原因多为工作环境温度过高、散热不良，需解决IGBT 散热问题才能降低故障率。

1.3 整改方案及实施效果

辅助逆变器采用强迫风冷结构，运行时靠风机经进风口滤网抽风散热。根据统计，故障多数发生在每年4～6 月，非全年最高气温月份。初步判断该时间段故障增多与郑州空气中柳絮、杨絮较多，滤网堵塞严重有关。前期滤网为整体结构，清洁耗时且效果较差，作业在双周检执行。为解决该问题，采用滤网外层与滤芯分离结构，并可通过锁扣直接拆除滤网外层，清洁滤芯，耗时短且效果良好，不受检修计划影响，双日检也可以完成。截止目前，整改效果良好，未发生IGBT 故障。

2 IVLB 与3PhMK 触点不一致故障

2.1 故障描述

深圳地铁2 号线辅助供电系统主要由辅助逆变器、整流装置、DC-DC 斩波装置组成，辅助逆变器由2 个逆变群组成。地铁车辆辅助逆变器的每个逆变群均设有1 个HK（放电用接触器），1，2 群分支回路前设置1 个IVLB（线路接触器），并在1，2群合流后设置1 个3PhMK（接触器），图3 为现场辅助逆变器IVLB 与3PhMK 触点不一致故障时序图。

2.2 故障调查

结合图3 与辅助逆变器的启动时序，可初步判断故障源于辅助逆变器1 群HK 状态不稳定，这种状态不稳定可能存在两种原因，一种是主触点接触不稳定，另一种是辅助触点接触不良，前者可能导致辅助触点断开，后者则会直接引发反馈信息不稳定。基于初步判断，围绕HK 开展了深入检查，但检查发现其主触点无烧损痕迹且状态良好，而在更换故障辅助逆变器HK主触点与正常辅助逆变器HK 主触点后，故障未出现转移，且之前发生故障的辅助逆变器仍存在触点不一致故障，因此可排除HK 主触点接触不稳原因。

图3 IVLB 与3PhMK 触点不一致故障时序

辅助逆变器HK 共有4 对辅助触点，表2 为各辅助触点的测量数据，而对辅助触点3 的检查中，技术人员发现该辅助触点存在明显的发黑现象，结合表2 可发现该触点电阻值较高。使用扫瞄式电子显微镜进行触点3 的成分分析，可确定变黑物质存在C，Ni，Si，Ag，Au 等元素，Ag，Au 为触点组成的固有金属成分，进一步分析可确定C，Si 来源于触点吸着有机物气体放电分解，而由于触点电阻会受到Si 的直接影响，因此可确定Si 的出现是该触点电阻偏高的根本原因。

表2 HK 各辅助触点电阻值 Ω

2.3 整改方案及实施效果

结合上述分析，可确定辅助逆变器IVLB 与3PhMK 触点不一致故障与镀金材料HK 辅助点存在的电流最小值要求存在直接联系，控制电压在下限值时，辅助触点的电流值未得到满足，因此接触不稳定情况出现。此外，电流变小使得触点的附着物清洁效果受到了影响，由此集聚的附着物残留、电阻增大最终导致故障频发。结合故障原因，更改辅助逆变器内部配线，通过并联之前投入的电阻与预留电阻，控制逻辑装置内的总电阻值变为10 kΩ（原为20 kΩ），流过HK 辅助点的电流因此变为原来的2 倍。在后续跟踪过程中，发现辅助逆变器IVLB与3PhMK 触点不一致故障率大幅降低，且3 个月内未发生同类故障。

3 结语

综上所述，地铁车辆辅助逆变器故障的影响较为深远，在此基础上，本文涉及的调整风机高低速转换、变更风机超温信号、更改辅助逆变器内部配线等内容，提供了可行性较高的地铁车辆辅助逆变器故障整改思路，为了更好地保证地铁车辆辅助逆变器稳定运行，故障根本原因的判明、辅助逆变器IGBT 状态的识别同样需要得到重视。