HD100B型内燃动车组ACU报逆变模块故障的分析处理

李 化 叶小波

(中车资阳机车有限公司维保及售后服务部 四川 资阳 641300)

1 问题的提出

HD100B型内燃动车组是出口到非洲苏丹的动车产品，自2018年投入运用以来，为苏丹经济发展做出了巨大贡献。动车组采用2动6拖的组合方式，机车装用一台CAT3516柴油机，同时为机车牵引、列车供电、辅助交流传动提供动力。辅助交流供电由ACU系统控制和完成，将辅助交流发电机提供的电源经过变频器变换后提供列车三相四线制供电和柴油机冷却水大风扇、牵引电机通风机、空调等的供电。动车组经过1年的运行后，其中一台机车2506号在运用中开始报出ACU系统故障，逆变模块1、模块2故障，造成机车卸载，司机对ACU断电复位即恢复正常，机车回段后检修人员无法准确判断原因进行处理，做了很多工作问题都没有得到根除，每次处理后机车连续几天正常，然后又报出同样问题，后期故障发生越来越频繁，甚至断电复位不能恢复正常，导致机车退出牵引状态。

2 初步分析与处理

从机车微机显示屏的记录故障看，微机报出ACU系统逆变模块1、模块2故障，有时伴有柴油机转速传感器故障，这两个变频器模块的功能是辅助交流发电机发电后，根据需要对牵引电机通风机和柴油机冷却风扇供电，不同的牵引电流和柴油机冷却水温度输出不同的电机转速控制。此外还有一个逆变模块3输出三相交流电，为客车车辆以及机车除尘风机和车体通风机还有司机室空调供电，当司机选择为他车供电时本车逆变模块3不工作。ACU、冷却风扇、通风机布局如图1所示。

ACU系统控制关系如图2所示，当ACU的逆变模块1、模块2报故障后通风机和冷却风扇电机停止工作，引起机车卸载，停止牵引主发电机输出。检修人员对变频器进行检查，变频器制造商是芬兰VACON公司，质量比较可靠，连接VACON控制面板查看故障记录，记录显示逆变器输入电压低，分析该问题是由于交流发电机停止发电在先，然后逆变模块检测到输入异常后停止工作并报出故障记录。ACU控制柜内的逆变器模块如图3所示。

辅助交流发电机的控制由ACU系统中的励磁控制板调节，励磁控制板根据PLC接收到柴油机转速信号后输出相应的励磁控制，对应关系如表1所示。在本案中，微机有时记录了柴油机转速传感器故障，故对传感器进行了更换，然而机车正常工作两天后还是报出转速传感器故障和逆变模块故障。为了排除硬件故障，继续更换了ACU辅助交流发电机励磁控制板，PLC输出控制逆变模块工作的信号放大板，辅助交流发电机的励磁绕组连接线缆，最终与正常机车的PLC进行对换，问题仍没有得到解决，所以得出结论：问题应该出在软件或者网络通讯。

3 微机大数据记录的分析

下载了微机的全部运行记录大数据，进行进一步分析，由于机车运行数据每隔1 s记录1次，数据量很大，通过故障记录时间点对应的数据进行分析，很快找到了异常，如图4中，交流辅助发电机发出功率从13 kW突然停止输出，此时对应的励磁电流从6 A变成零，而对应的ACU柴油机转速1 605 r/min前后连续没有中断，5 s后励磁电流再次出现零，此时对应的柴油机转速从1 602 r/min瞬间变为零,下一次记录又是1 604 r/min，可以推测在上一次励磁电流降为零时，柴油机转速很可能也出现了零的情况，但数据是每隔1 s才记录，所以数据看起来仍是正常，综上，问题的查找演变为解决ACU记录中柴油机转速突变的问题。

图1 交流辅助发电机、牵引电机通风机、冷却风扇位置布局

图2 ACU系统控制关系

图3 辅助变流柜内的逆变器模块

4 网络通讯的检查与处理

通过微机大数据分析后，由于在ACU硬件方面已经做了很多的工作，检查重点转为网络系统，ACU系统接收的柴油机转速有两路信号可以切换使用，一路由外部柴油机转速传感器提供，另一路由网络通讯传输柴油机ECM自身检测的转速信号，对比差值过大就报转速传感器故障，而转速传感器已经更换，即使拔除传感器插头仅使用柴油机ECM，转速信号故障仍然存在，排除转速传感器对该故障的影响。

表1 辅助交流发电机输出电压频率与柴油机转速的关系

图4 微机大数据分析

根据网络拓扑(见图5)，ACU与机车微机ACC1、通讯主机ACC2、柴油机ECM利用RS485/Modbus通讯总线进行数据交换，对ACC2通讯插头进行检查，轻轻搬动红色的终端电阻小开关(见图6)，微机显示屏网络拓扑图立即显示ACU通讯故障,继续取出通讯线检查，发现原本不需要剥开的绝缘外皮的线头被剥开，正常情况电线端头放进卡槽直接压入内部的刀口，刀口切割开绝缘层后卡紧，达到良好连接，这只插头的电线头被去除绝缘外皮，很可能曾经发生过连接不可靠的情况，由于没有新插头更换，剪掉剥出线头的部分，按照正常的安装方法重新连接线缆，机车正常运用了两个星期后，故障再次出现。因此，推断可能是插头本身存在问题，一是插头内部的刀口可能在以前的安装过程中被挤压变形后造成接触不够好，接触电阻增大，随着机车运行的震动情况逐步恶化；二是红色终端电阻开关可能接触不良。在用户的帮助下更换了一个新的通讯插头，前述问题彻底得到解决，机车正常运用至今。

图5 网络拓扑图

图6 通讯插头

5 结论

从发现HD100B型内燃动车组逆变模块报故障到彻底解决，持续了将近一个月时间，通过数据分析和处理结果最终确定微机通讯插头存在故障，导致网络通讯不畅，当ACU微机接收到的柴油机转速数据异常后，停止交流辅助发电机励磁电流，相关的逆变模块因为输入欠压报出模块故障，导致机车卸载，该问题的分析处理过程对今后出现类似情况有很大的参考价值。□