DJ4 型机车牵引系统介绍及故障分析

刘 清 杨 喆 梁伟波

（中车株洲电力机车有限公司，湖南 株洲 412001）

HXD1 型机车牵引传动系统是按AC25kV、50Hz 牵引供电制式设计的，它能适应我国铁路接触网电压范围较大的特点。[1]AB 两节动力车各自配备了独立且对称的牵引传动，既可固定重联运用，也可解编后各自独立运用，AB 两节动力车25kV 网侧电路可通过车顶高压连接器相连，同时还具有外重联功能。牵引变流系统具有二次谐振电路、过压保护电路和接地检测电路等。机车采用再生制动，再生制动时机车能量反馈回电网，达到节能的效果。四象限整流器和PWM 逆变器采用水冷 1GBT 模块。

1 牵引传动系统概述

HXD1 型机车每节有一套完整网侧电路和电传动系统，如图1 牵引变流系统框架图所示：每节车电传动系统由1个主变压器，主变压器由1 个原边绕组、4 个牵引绕组和2个二次谐振电抗器组成。4 个牵引绕组分别给4 个4QC（四象限变流器）提供输入电源，最后向两个独立的中间直流回路充电。4 个四象限变流器分成两组，每一组的两个四象限变流器之间可以冗余。每台车上有两个转向架，每个转向架上并联2 台三相交流异步电动机，由连接在中间直流回路上的1 个脉宽调制逆变器（PWI）供电。图1 中2 个辅助逆变器当其中一组因故障隔离或其中一个滤波变压器因故障隔离时，另一组辅助逆变系统立即满频运行给所有辅助设备供电。因为两路中间直流回路相互独立，所以整台机车的牵引力有75%的冗余，从而提高了机车的可利用率。在机车制造、调试、维护过程中牵引变流系统部分故障时，系统自动进入冗余工作模式继续维持运行，机车检修人员能够根据牵引系统冗余工况快速排查故障。

图1 牵引变流系统框架图

2 机车TCU1 隔离故障分析与处理

HXD1 型179 号机车在试运线试运时B 节主断断开受电弓降下，微机屏报“TCU1&TCU2 之间通讯中断”，“TCU1因故障隔离”。第一时间用电脑Monitor 软件连接主CCU进行清保护后TCU1 依然处于隔离状态，B 节机车仅TCU2处于牵引状态。

2.1 原因分析

CCU 清保护后TCU1 故障不能清除，说明故障依然存在。通过观察TCU1 机箱没有上电工作，判断可能因某故障原因CCU 未给出TCU1 启动命令，通过微机屏查看到是输出节点A13F_00 未闭合引起的，用电脑Monitor 软件连接主CCU 读取故障记录也没有找到引起TCU1 隔离的故障原因。

2.2 故障诊断及处理

系统在断电重启时CCU 自检完后TCU2 能够正常启动，而TCU1 机箱一直处于掉电隔离状态，分析可能存在两种原因：

1.因线路或者SKS3 输出模块原因TCU1 启动信号A13F_00 未能启动TCU1。

2.在启动过程中，CCU 已经让TCU 启动命令A13F_00与A140_00 闭合而TCU1 因自身原因不能正常启动引起CCU 再次重新断开A13F_00 启动命令。

为了判断是以上哪种原因引起TCU1 不能正常启动，采用Monitor 软件连接CCU 强制TCU1 启动命令A13F_00 闭合。发现TCU1 依然无法启动，判断可能为第一种原因：启动信号未到达TCU 电源输入连接器X12 插头B3 点，TCU 供电控制电路如图2 所示。经过万用表测量发现B3 点有98V 电压，紧接着测量B1、B2 和A1、A2 之间均有98V 电压。综合以上几次测量结果得出TCU1 启动电源及启动指令都已满足，而TCU1 机箱无法上电启动。判断为机箱内部电源板卡故障，打开TCU1 机箱发现SSB 电源板卡工作灯不亮，因此判断TCU1 机箱SSB 电源板卡异常导致TCU1 隔离，更换SSB 电源板卡后故障消失TCU1 正常启动。

图2 TCU 供电电源及启动命令

2.3 原理分析

该故障重点在于分析TCU 上电不能启动的原因，机车在运行过程TCU1 故障隔离中TCU2 能正常工作说明故障出现在TCU1 内部。因为HXD1 型电力机车在系统重新启动时CCU 会先进行自检，CCU 自检完成后立即发送指令给SKS3让A13F_00（TCU1 启动指令）、A140_00（TCU2 启动指令）闭合，TCU 开始上电启动自检。当某个TCU 自检通过则发送信息给CCU 表示系统一切正常，CCU 接收到TCU 的消息后通过SKS3 继续保持该TCU 启动指令闭合。当某TCU 自检不能通过则发信息给CCU，CCU 接收到TCU 的异常信息后立即通过SKS3 断开该TCU 启动指令，使其断电隔离。另外如果CCU 无法与TCU 通讯或者因故障原因需要隔离TCU 也会通过SKS3 断开该TCU 的启动指令，使其断电隔离。

2.4 评价和建议

熟悉牵引变流系统的故障隔离工作原理，就能更好地结合实际故障现象快速锁定故障原因。另外HXD1 型电力机车基于西门子Sibas32 系统，该系统能够通过Monitor 软件查询故障信息，监控和强制IO 输入输出信号能够更方便地查找故障点。查询故障时因该灵活运用Monitor 软件结合机车运行原理和电气原理图进行故障分析与排查，以提高工作效率。