苏州地铁牵引逆变器大修维修策略研究

李苏陇

摘要：随着城市建设的飞速发展，作为改善各大、中城市交通状况的城市轨道交通系统迎来了一段飞速发展期。作为运输主体的地铁车辆的中、大修维护逐渐成为各地铁公司重点研究的课题。本文内容主要对苏州1号线牵引逆变器大修的维修方式、策略制订等进行分析阐述，为后续项目牵引系统大修维护提供必要的理论依据。

关键词：城轨车辆;牵引逆变器;大修;维修策略

一、引言

苏州轨道交通1号线自2012年4月28日开始运营至2020年底，运营时长近9年，主线车辆运营里程近100万公里。运营时长及运营里程两项指标均接近了车辆大修标准（走行里程数120万公里或者运营年限10年）。因此，自2020年10月始苏州1号线一期电客车正式进入首轮大修，计划用时3年完成一期25列电客车的大修工作。

作为电客车最重要的核心系统，牵引系统部件状态的优劣直接影响列车的运营质量。牵引逆变器作为牵引系统的核心，合理的制定维修范围、明确维修标准是确保牵引逆变器箱大修维修质量的关键。同时通过大修过程对各子部件的维修数据进行整理分析，为后期维修策略制定、部件替换等提供必要的理论支撑。

二、牵引逆变器箱概述

苏州一号线牵引逆变器主回路采用PWM控制的三相全桥逆变电路，每辆动车装有两台牵引逆变器箱，每个牵引逆变器箱内部装有一台逆变器模块，每台牵引逆变器控制安装在同一转向架的两台三相异步牵引电机。根据主电路各部分功能，牵引逆变器主电路可以分为功率输入电路、电压源直流回路、制动斩波电路以及逆变电路。主电路原理如下图所示：

三、牵引逆变器维修策略及标准制订

根据牵引逆变器结构组成，牵引逆变器大修内容可以分为箱体、线缆检修、电气部件检修、逆变器模块检修、冷却风机检修及整箱功能测试等。维修简要流程图如下图：

牵引逆变器箱进入维修厂房后，首先进行入厂登记，记录箱体编号、入库日期等信息，同时对牵引逆变器进行入厂测试，以确定牵引逆变器的初步状态。其次，根据初检的测试情况，完成箱体分解。然后根据标准并对各核心部件进行清洁、检修、更换、测试等维护。最后将各部件组装并进行性能测试，形成测试记录及出具维修合格证。下文将对主要部件维修过程中的维修策略进行简要阐述：

3.1.箱体及线缆维修

箱体维修主要包含箱体、盖板外观清洁及检查、箱体吊挂位置检查及探伤、盖板密封胶条更换、风道及滤网清洁以及箱体外表面的整体油漆处理等。

线缆维修主要包含线缆外观及线号检查、线缆连接器插头及插针情况、线缆绝缘情况等。

3.2.功率输入电路维护

功率输入电路维护主要包括构成电路的接触器、电抗器、电阻、供电电源、EMC电容等电气部件的维护。

3.2.1接触器维护

接触器维护分为高压直流回路接触器维护和低压控制回路接触器维护。直流回路接触器维护主要以触点维护为主，大修过程中建议对触点进行更换。更换的动静触头均需对触点间隙、吸合后触头接触面积、吸合时间、接触电阻等参数进行测量。低压控制接触器可以根据接触器的电气寿命、故障情况等综合考虑是否更换，目前苏州项目按照必换标准执行。

3.2.2电抗器、滤波电容维护

电抗器维护以电抗器绝缘性能和电抗器性能测试为主。滤波电容大修维护中采用直接换新策略，换新后的电容需对电容参数及绝缘性能进行测试，确保符合使用标准。

3.2.3电源、电阻器维护标准

电源以及电阻器的维护主要以性能参数测量为主，确保各部件参数符合使用标准。

3.3IGBT功率模块维护

IGBT功率模块是牵引逆变器的核心部件，主要由逆变电路、斩波电路组成。主要包括组成牵引电路的IGBTA1-A6，斩波电路IGBTA7、A8，二极管A9等半导体器件，配合驱动的驱动电路板，以及牵引逆变器主电路所需的母排、支撑电容、电流传感器等部件组成。牵引模块的维修流程如下

3.3.1IGBT及二极管检修

IGBT，是由BJT和MOS组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，具有高输入阻抗、低导通压降的优点。因此IGBT的检修重点是根据IGBT对应规格参数的性能标准对其静态参数（栅-发阈值电压、集-发截止电流、栅-发漏电流、集-发饱和电压等）、动态参数（开通时间ton、开通延迟时间td（on）、上升时间tr、关断时间toff、关断延迟时间td（off）、下降时间tf）进行测试。目前苏州地铁一号线牵引逆变器IGBT为以下两种：牵引IGBT型号为三菱CM1200HC-66H、斩波IGBT型号为英飞凌FZ800R33KF2C，二极管型号为DD400S33K2C。

3.3.2IGBT驱动板检修

根据原理及结构图，牵引模块驱动板可分为电源驱动板、IGBT驱动板、母线电压检测触发板。

3.2.1触发板维修

触发板用于SVPWM控制的母线电压参数监测，对母线过压、欠压等进行保护。触发板采用电阻分压输入电路采集母线电压值，通过隔离运算放大器电路进行调理，再将调理后的母线电压信号传输至逆变器控制器，具有较高的线性度和低失真特性。大修维修过程中需要重点对电路中的分压电阻、滤波电容、隔离运算放大器等部件状态进行检测，使得电压范围和滤波效果满足控制器要求。

3.2.2IGBT电源板维修

IGBT电源板为保护电路提供基准稳压电压，为脉冲振荡电路和故障反馈电路提供电压，通过电源电路、保护电路、故障检测，反馈电路、脉冲振荡电路以及逆变输出電路等形成交变电压为牵引逆变驱动板供电。电源板维修过程中需要重点对电路中电容、反向二极管、场效应管以及驱动芯片等进行测试分析，确保电源板输出电压符合标准。

3.2.3IGBT驱动板

逆变驱动板应用在牵引驱动模块，用于驱动大功率IGBT器件，实现信号接收、开关控制进而驱动牵引电机实现牵引功能。逆变驱动板主要由电源、信号接收、信号传输、功率放大、异常侦测等部分组成。该驱动板无故障反馈功能，发生故障后驱动板保护，关断IGBT，靠ICU检测电流判断是否异常。维修过程中重点对整流二极管、稳压芯片、分压电容、滤波电容以及光纤接口等进行检测，确保驱动板驱动电压符合标准。

3.3传感器检修

牵引模块共包含四个霍尔电流传感器，分别对母线输入电流、三相输出电流、制动斩波电流进行检测。电流传感器的精度直接影响牵引逆变器的功能，因此大修过程中需要对传感器的精度进行检测。

3.4牵引模块检测

牵引模块组装后需要对基本功能及核心部件进行检测，主要包括以下内容：绝缘耐压测试、弱电功能测试（反并二极管测试、IGBT测试、驱动板测试）、脉冲及老化性能测试。流程图如下：

3.4.冷却系统部件维护

每个牵引逆变器冷却回路都有一台冷却风扇，主要组成为一个三相交流电机和一个叶轮。大修时需要对风机叶片和叶轮探伤，并在更换电机轴承后进行动平衡测试，确保风机振动值符合标准。

3.5.整箱功能测试

牵引箱完成维修后需要对整箱的功能进行测试，测试可以分为两大部分，静态测试和动态测试。静态测试主要包括线缆的绝缘耐压测试、控制回路测试、接触器回路测试等;动态测试主要包括主回路通电测试、冷却回路测试等内容。通过上述测试确保牵引逆变器各项功能正常，能够正常运行。

四、结语

上文对苏州项目牵引逆变器大修策略做了简单的阐述，项目目前已经按照维修标准开始执行，已经完成维修的牵引逆变器已经装车并无故障运营近半年时间，整体维修质量及设备状态可靠性均能够满足正常运营需求。间接证明了上述维修策略的可靠性。同时通过大修过程中箱体主模块IGBT部件、驱动板等状态的检测分析，为后续寿命评估以及国产化替代提供了必要的数据基础，为后续降低运营维修成本提供了必要的研究方向。

参考文献：

[1]苏州1号线牵引逆变器维护手册

[2]苏州1号线牵引逆变器箱大修委外项目技术册