和谐号动车组换端时全列断电的故障分析及改进建议

邓 伟 中国铁路上海局集团有限公司上海动车段

1 故障情况

某型号和谐号动车组换端作业过程中，车组全列断电并自动降弓。检查受电弓外观可视部位无异常，重新升弓供电正常，后续运行情况正常。

车组停放检修库后，对车组进行了详细检查，具体如下：

①下载弓网视频监控，回放发现车组断电前受电弓无异常晃动、离线现象；

②下载APU数据无故障记录；

③库内检查受电弓外观状态良好，多次进行升降弓试验正常。测量受电弓升弓拉力在正常范围内；

④检查01、00车司机室操纵台【VCB断】按钮接线状态良好，按钮阻尼良好，触点无卡滞，多次按压【VCB断】按钮触点动作良好；

考虑车辆网络传输周期，数据至少需经过500 ms才能发送给车组的DRWTD进行记录。由于故障时全列断电，导致故障时刻的数据未被及时保存。

2 控制原理及故障情况分析

2.1 车组蓄电池充、放电原理

该型号动车组蓄电池通过辅助电源装置采用DC 100 V恒压浮充方式充电，充放电逻辑示意如图1所示。当主控投入时，BVR1继电器得电，蓄电池接触器BatK1线圈励磁，其常开触点闭合，蓄电池给全列103和102直流负载供电；当车组升弓并闭合VCB后，辅助电源装置（简称APU)开始工作，输出DC 100 V给蓄电池浮充电，同时满足全列103和102直流负载的用电需求。此时，如果车组拔取主控，BVR1继电器常开触点断开，但VCB辅助触点闭合仍然能够给蓄电池充电。考虑蓄电池故障和长时间高温浮充电有一定关系，因此改造取消了BatK1控制回路的VCB触点，在车组高压供电时拔取主控，蓄电池会停止充电。

图1 蓄电池充放电逻辑示意图

2.2 APU+ARfK启停控制原理

该型号动车组APU及ARfK控制电路原理如图2所示。辅助电源装置通过ACK1接触器从牵引变压器3次侧取入AC 400 V（+24%-31%）/50 Hz为其供电，其DC 100 V控制电源由103线供电。当控制电源正常且VDT1检测到辅助电源装置输入电压达AC 250 V时，APU进入工作状态，逆变器输出 AC 400 V（±10%）/50 Hz三相电，辅助整流器（简称 ARf）检测到AC 400 V（±10%）/50 Hz三相电输入后，辅助整流接触器（简称ARfK）闭合并通过101线输出DC 100 V电为103供电；当控制电源正常且VDT1检测到辅助电源装置输入电压低于AC 230 V持续20 ms时，APU停机，逆变器无三相电输出，辅助整流器ARf停止输出DC 100 V电源。

图2 APU工作原理示意图

2.3 故障情况分析

正常情况下，当进行换端操作时，APU持续工作，其输出的DC 100 V电能直接供车组全列直流控制负载，因动车组蓄电池控制回路改造后取消了VCB辅助触点，蓄电池无法继续为103线供电，在特殊情况下（如网压瞬间过低）会导致APU瞬间停机，停止向103线输出DC 100 V电源，进而导致全列供电停止（如图3）。

而未进行蓄电池控制回路改造车组，在特殊情况下（如网压瞬间过低）导致APU瞬间停机时，APU重启过程中由蓄电池继续为103线供电，全列103线负载不受影响（如图4）。

图3 改造前网压中断时直流供电持续

图4 改造后网压中断时的直流供电停止

3 分析验证

选取两组该型号动车组进行对比验证，其中一组车无蓄电池充电回路中VCB常开辅助触点，另一组车有蓄电池充电回路中VCB常开辅助触点。验证情况如下：

3.1 无辅助触点车组

使用示波器监测三次侧电压值756线、APU输出电压771线、控制回路103线电压变化情况（如图5）。升起受电弓，闭合VCB，拔取主控后断开01车[辅助电源输入电压]空开，在00车操作[辅助电源输入电压]空开由闭合位-断开位-闭合位，模拟网压波动导致APU停机的状态。

图5 监测位置示意

复位00车[辅助电源输入电压]空开，模拟网压波动过程（如图6），756线峰值电压由292 V波动至5 V左右，持续278 ms后恢复至270 V；发现该过程中771线电压由326 V持续降低，约1 s内降低至0 V，APU停止工作；同时103线电压持续降低，约1 s内降至65以下，VCB断开，受电弓降下，直流供电中断，无车厢照明。

图6 无辅助触点车组波形

3.2 有辅助触点车组

使用示波器监测三次侧电压值756线、APU输出电压771线、控制回路103线电压变化情况（如图5）。升起受电弓，闭合VCB，拔取主控后断开01车[辅助电源输入电压]空开，在00车操作[辅助电源输入电压]空开由闭合位-断开位-闭合位，模拟网压波动导致APU停机的状态。

复位00车[辅助电源输入电压]空开，模拟网压波动过程（如图7），756线峰值电压由293 V波动至5 V左右，持续1 100 ms后恢复至272 V；发现该过程中771线电压由325 V持续降低，约2 250 ms后恢复至326 V，APU停机后再次工作；同时103线电压降低至82 V后再次恢复至102 V，VCB未断开，受电弓未降下，直流供电未中断，车厢照明正常。

图7 有辅助触点车组波形

4 结论

通过对辅助供电电气控制原理分析及对比验证，能够分析出故障原因为网压波动导致APU输出中断，且由于蓄电池充电回路取消了VCB常开触点，BatK1接触器断开，蓄电池无法向103线补充供电，导致全列103线负载供电中断，全列VCB断开、APU控制电源失电，此时即使网压恢复正常，APU检测到输入电压达到AC 250 V，但因APU控制电源失电，APU仍然无法继续工作。此时APU能够重新启动的条件为APU控制电源DC 100 V正常，其次为APU检测到输入电压达到AC 250 V。

5 改进建议

5.1 恢复蓄电池控制回路的VCB辅助触点

对该型号动车组恢复蓄电池控制回路的VCB辅助触点，此举能够有效避免网压波动带来的车组停电故障，提高运行的可靠性。

5.2 加强蓄电池的日常检修及安全改造

对该型号动车组蓄电池检修要求中增加蓄电池电压测量对比项点，及时发现损坏蓄电池，预防故障扩大；结合高级修对蓄电池箱增加超温保护装置，能够在蓄电池故障温升时及时切断蓄电池充电回路，有效避免蓄电池烧损。