高寒列車全列DC 600 V逆變器、充電機不工作原因分析及對策

牛明浩,張 輝,黃津晶

(1 北京鐵路局 車輛處,北京100038;2 北京鐵路局 動車客車段,北京100039)

2010年9月配屬北京鐵路局的新造25G型高寒客車,自 2010年11月12日投入4487/4488/K589/K590次(石家莊—北京西—重慶)使用以來,多次發(fā)生全列客車車下DC 600 V逆變器、充電機過欠電壓保護不能正常工作的問題,嚴重影響列車正常運行。為查找發(fā)生問題真正原因,盡快解決此問題。2010年12月1日北京鐵路局車輛處組織客車制造廠、逆變器生產廠對4487/8次列車進行跟車試驗。

1 試驗情況

本次試驗采用專用電壓檢測設備,對機車輸入客車電源品質進行監(jiān)測,測試點選在9號車廂RW555092電器綜合控制柜I、II路主開關處。4487/8次列車運行期間,牽引機車DC 600 V供電電源工作不穩(wěn)定,最高電壓達到840 V、最低電壓380 V,不符合TB/T 3063—2002要求,影響客車逆變電源正常工作。此現象發(fā)生主要集中在機車供電初期、過分相及機車停止供電30 min以上重新供電時。電壓波形見圖1～圖3。

2 原因分析

導致直供電機車供電系統(tǒng)輸出電壓不穩(wěn)主要有3方面因素。

2.1 機車供電系統(tǒng)主電路故障或不穩(wěn)定

圖1 機車供電初期輸出電壓波形圖

圖2 機車過分相時輸出電壓波形圖

圖3 機車停止供電時輸出電壓波形圖

機車供電系統(tǒng)主電路原理見圖4,交流輸入電壓860 V,經真空斷路器13KM與快速熔斷器11FU到單相整流橋與電流傳感器11SC,通過變壓器的濾波電抗器13L和濾波電容器19C輸出直流電壓600 V。當主電路中濾波電抗器13L或濾波電容19C技術狀態(tài)不良時,機車供電系統(tǒng)主電路輸出DC 600 V電壓不穩(wěn)。

2.2 機車供電系統(tǒng)電子電路不穩(wěn)定

機車供電系統(tǒng)的電子電路原理是給定延時積分環(huán)節(jié)的預置值與電壓反饋信號比較,進行調節(jié)器運算得出晶閘管的觸發(fā)角,通過同步處理器與功率放大環(huán)節(jié)控制晶閘管的觸發(fā)脈沖模塊,經隔離處理控制晶閘管的開通。當電子電路出現不穩(wěn)定狀態(tài)時,會導致機車供電系統(tǒng)輸出電壓波動。

圖4 機車供電系統(tǒng)主電路原理圖

2.3 負載投入與機車供電系統(tǒng)不匹配

針對南、北方地域氣候差異、負載不同特點,冗余控制的DC 600 V供電裝置的控制模式分為兩種:冬季控制模式和夏季控制模式,其控制原理分別見圖5、圖6。

針對北方氣溫低,客車使用電阻加熱,以電阻性負載為主,控制模式為冬季控制模式,供電控制系統(tǒng)采取了電壓調節(jié)的方式進行控制,即DC 600V給定與檢測出的實際電壓反饋比較,經過電壓調節(jié)器得出整流橋的控制值,這樣可使列車供電柜在冬季時DC 600 V輸出保證穩(wěn)定。

針對南方氣溫高,客車使用空調較多,以電感性負載為主,控制模式設計為夏季控制模式。供電控制系統(tǒng)采取了電壓調節(jié)+電流調節(jié)的串聯方式進行控制,即DC 600 V給定與檢測出的實際電壓反饋比較,經過電壓調節(jié)器、電流調節(jié)器后得出整流橋的控制值,這樣可使列車供電柜在夏季時DC 600 V輸出更加穩(wěn)定。

以北京為界,北京以北地區(qū)直供電機車,針對加熱優(yōu)化,供電系統(tǒng)使用冬季控制模式,北京以南地區(qū)直供電機車,針對制冷優(yōu)化,供電系統(tǒng)使用夏季控制模式,當冬季投入阻性負載功較大而牽引機車供電系統(tǒng)為夏季控制模式,或者夏季投入電感性負載較大而牽引機車供電系統(tǒng)為冬季控制模式時都會導致機車供電系統(tǒng)輸出電壓不穩(wěn)。

北京鐵路局開行的4487/8次列車,在發(fā)生車下逆變器、充電機不啟機問題初期,誤認為機車供電電壓不穩(wěn)是個別現象。曾與機務部門協調,更換牽引機車2臺,但客車逆變器、充電機過欠壓不啟機問題依舊存在?；九懦鲜龅?、2種因素導致機車供電系統(tǒng)電壓波動的可能性。

2011年1月北京鐵路局機務處、車輛處組織直供電機車供電裝置生產廠、客車制造廠,在牽引的4487/8次列車SS80118號機車上進行冬季控制模式的技術試驗,試驗結果為全程機車供電系統(tǒng)電壓輸出穩(wěn)定,全列客車逆變器、充電機均能正常工作。試驗結果表明,北京鐵路局投入使用的4487/8次列車車底為25G型高寒客車,其加熱器功率比普通列車大得多(每輛普通客車客室為12 kW左右,每輛高寒客車客室為23 kW左右),而牽引機車供電系統(tǒng)為夏季控制模式,客車負載與機車供電系統(tǒng)不配,機車供電系統(tǒng)電壓波動較大,超出客車逆變器、充電機正常工作范圍,導致客車逆變器、充電機不能正常工作。

圖5 冬季控制模式示意圖

圖6 夏季控制模式示意圖

3 解決措施

(1)改變機車供電系統(tǒng)控制模式。按照季節(jié)氣候特點,調整牽引高寒列車的直供電機車供電系統(tǒng)控制模式,如在冬季北京地區(qū)的SS8機車冗余控制列車供電系統(tǒng)的控制模式調整為冬季控制模式,在夏季北京地區(qū)的SS8機車冗余控制列車供電系統(tǒng)的控制模式調整為夏季控制模式,保證客車的正常使用。

(2)改變客車負載投入方式。在冬季,北京地區(qū)的SS8機車非冗余控制列車供電系統(tǒng)無法調整為冬季控制模式時,機務部門應及時告知車輛部門。車輛部門采取機車供電初期,將列車供電Ⅰ路和Ⅱ路所帶電加熱器,手動調節(jié)成“空調半暖”運行模式,減少電熱器負載投入,保證車下逆變器、充電機正常工作。