重庆十号线辅助逆变器过流故障原因分析及解决措施

徐逸煌，彭 飞

(1.中车青岛四方车辆研究所有限公司，山东 青岛 266031；2.重庆市轨道交通(集团)有限公司，重庆 401120)

1 故障概况

重庆十号线属于As型地铁列车，适用于山地环境，具有爬坡能力强、转弯半径小、载客量大等特点[1]。重庆十号线自开通运营以来，辅助逆变器在初次上电启动过程中发生多起过流故障，造成地铁列车无法出库，影响列车的行车调度安排和车辆的正常运行。

2 辅助逆变器过流故障的原因分析

2.1 辅助电源系统拓扑结构及并联技术方案

2.1.1 辅助电源系统拓扑结构

重庆十号线辅助电源系统整车配置4台辅助逆变器(SIV)，分别位于Mp1/2车和M1/2车，各逆变器之间采用并网运行，系统安全性、稳定性高，冗余度大[2,3]。辅助逆变器的主电路采用模块化设计，结构简单可靠、维护方便。

2.1.2 辅助电源系统并联技术方案

辅助电源系统采用并网供电方式进行工作，主要控制逻辑分为网络正常和网络不正常两种工况。本文主要介绍在网络正常工况下的并网供电工作模式。

在TCMS系统正常的情况下，由TCMS系统控制各辅助系统启动顺序。通常情况下，辅助变流器进行分步启动，全部启动后在三相母线下并行运行。主要过程如下：

(1)投入蓄电池的初始时刻，TCMS系统发禁止启动命令，各辅助系统处于待机状态。

(2)TCMS系统指定某一台辅助系统为主系统，并发送允许启动命令；主系统启动正常后，输出接触器吸合，控制器会发送启动完成状态给TCMS系统；此时TCMS会按一定顺序、依次间隔2s、1s、1s向其余3台辅助系统发允许启动命令；每台从逆变器启动完成后，其输出接触器吸合，并连至母线网络上。系统全部启动后，会在AC380V三相母线下正常运行。当某一台辅助系统30s后尚未启动，则该系统被隔离。

(3)当主系统允许启动命令发出后6s，TCMS尚未收到启动完成状态，则该系统被隔离；TCMS指定另一台辅助系统为主系统，向其发送启动命令，并在收到其启动完成状态后，再按一定顺序，依次间隔2s、1s、1s向其他辅助系统发送允许启动命令。

2.2 故障原因分析

针对辅助逆变器过流故障问题，查看发生故障列车的网络数据和故障记录，发现在辅助逆变器初次启动过程中的故障现象和情况一致，所以将这种在初次启动过程中发生在不同列车上的过流故障归为一个问题。本文分析故障数据时，以10009车为案例进行故障原因分析。

图1为基于网络数据的故障时辅助逆变器启动信号和接触器状态，从图中可以看出，Mp1车、M1车、M2都是分别以主机单独启动完成，主机启动过程中网络都只给一台逆变器发送一个低电平有效的启动命令，因此启动过程中始终都只有一台逆变器在工作。

图1 辅助逆变器启动信号和接触器状态

图2为Mp1车辅助逆变器故障记录数据，M1/2车辅助逆变器的故障数据现象与Mp1车一致，在此不一一赘述。逆变器都是在输出电压峰值为311V左右、频率为50Hz，即输出正常以后报出的故障。在故障时刻输出电流增大，输出电压被拉低，母线电流同时增大且方向为正(从网侧流入逆变器)，输出电压和电流几乎同相位，由此说明输出功率为正，即辅助逆变器对外输出功率，且输入功率跟随输出功率，最大功率点达到200kW。计算输入功率和输出功率，两者相差不大，表明逆变器箱体内部没有如此大的功率损失，所以逆变器箱体内部没有造成功率这么大的故障点。由于输出功率最大达到了200kW，且逆变器能实时跟踪输入功率，说明逆变器箱体外部存在故障点，导致SIV输出功率激增，AC380V中压母线或负载侧存在异常，导致辅助输出功率瞬间增大，发生过流触发故障保护。

(a)接触器后端电流

2.3 调查论证

为查找故障原因，去现场列车上做了辅助逆变器启动试验。试验车辆为10010车，整个试验过程中空压机均未启动。试验过程中，均是一升弓就启动空调以模拟故障时刻司机的实际操作。该工况下只要辅助逆变器主机启动完成，空调通风机就会运行，实际故障发生时均为这种工况。全列车每个客室有2台空调，每台空调有2个通风机，全列车客室空调共有24台通风机。测量每列车空调柜的进线端，主机启动完成后，空调只有通风机在运行，该方法测出的电流相当于4台通风机的电流。

在10010车上做第一次启动试验时，Mp1车空调启动电流峰值为52A(1台通风机平均启动电流峰值为13A)，此时Mp1车辅助输出电流为232A，试验波形如图3所示。

图3 10010车第一次启动试验时波形

接着，又降弓做了两次启动试验，试验波形分别如图4和图5所示。图4中Mp1车空调启动电流均为43A左右，Mp1车辅助输出电流峰值为170A。图5中Mp1车空调的启动电流均为41A左右，Mp1车辅助输出电流峰值均为170A。

图4 10010车第二次启动试验时波形

图5 10010车第三次启动试验时波形

综合网络数据、故障记录以及试验采集的波形，可以得出如下结论：

(1)空调通风机的启动特性不一致，特性较差，通风机的启动电流几乎都超过了额定电流的4～7倍；

(2)逆变器启动输出过流故障的原因确定为，在只有一台辅助逆变器运行时，空调通风机启动电流冲击过大，超出了单台逆变器的承受范围，进而触发过流故障进行保护。

3 解决措施

针对空调通风机启动特性较差，启动电流冲击过大导致的逆变器过流故障，在空调通风机控制方面将空调通风机的启动方式变为两个单元错时启动，即将全列车空调中的24台通风机分为两个单元，每次启动每节车中的2台空调通风机，那么一次启动了一个单元的12台通风机，全列车空调通风机分为两次启动，两个单元之间启动间隔为3s。通过上述方法升级空调控制程序后，重庆十号线列车未再发生过因空调通风机启动特性差导致的辅助逆变器过流故障。

4 结 论

本文针对重庆十号线辅助逆变器(SIV)在启动过程中发生过流故障问题，结合网络数据、故障数据、现场测试结果，分析了过流故障的原因，并针对该问题制定了合理的整改措施，有效地解决了该故障，保证了重庆十号线列车的正常运营。