廣州地鐵B8型車SIV應(yīng)急電源故障分析及解決

鄭少彬 梁春風(fēng)

(廣州地鐵集團(tuán)有限公司 廣東 廣州 510380)

0 引言

廣州地鐵B8型車采用的是4動2拖的6編組列車，列車兩端是帶司機室的拖車(A1車和A2車)，每個A車車底懸吊一個具有應(yīng)急充電功能的SIV輔助電源箱。當(dāng)列車蓄電池欠壓時，SIV的應(yīng)急電源啟動，輸出DC110 V供輔助電源工作。B8型車2017年調(diào)試期間共發(fā)生7起SIV應(yīng)急電源故障，故障非常頻繁。故障現(xiàn)象為車輛屏顯示DC/AC黃點，故障履歷記錄應(yīng)急電源故障，司機復(fù)位SIV輔助逆變器后故障仍無法消失。

列車調(diào)試工期短，正線調(diào)試資源緊張，SIV應(yīng)急電源故障導(dǎo)致DC/AC黃點給列車正線調(diào)試造成很大影響，嚴(yán)重時可影響列車調(diào)試進(jìn)度，因此必須對該故障進(jìn)行深入分析，從根本上解決該問題。

1 SIV應(yīng)急電源輸入端母線設(shè)計原理

一般情況下，只采用受電弓供電的列車主電路，輔助電源箱SIV應(yīng)急電源的高壓輸入母線與輔助逆變器高壓輸入母線為同一根貫穿整列車的DC1 500 V高壓線。而同時有集電靴及受電弓供電的列車主電路，為實現(xiàn)弓靴互鎖，分別引入集電靴模式線路接觸器、受電弓模式線路接觸器，如圖1中的KM11、KM12。為防止列車蓄電池饋電時無法控制上述的線路接觸器進(jìn)而無法實現(xiàn)應(yīng)急充電功能，SIV應(yīng)急電源母線前置在線路接觸器上，從而導(dǎo)致SIV應(yīng)急電源母線與SIV高壓輸入母線不為同一條線，如圖2所示，廣州地鐵B8型車應(yīng)急充電模塊輸入端高壓母線不貫穿整車。

圖1 集電靴模式線路接觸器KM11及受電弓模式線路接觸器KM12

圖2 應(yīng)急充電模塊輸入端高壓母線不貫穿整車

2 故障分析

跟蹤發(fā)現(xiàn)每次出現(xiàn)SIV應(yīng)急電源故障導(dǎo)致DC/AC黃點時，故障數(shù)據(jù)均報“DCU 中間電壓欠壓”、“DCU 網(wǎng)壓欠壓”、“SIV應(yīng)急電源故障”。

2.1 “DCU 中間電壓欠壓”、“DCU 網(wǎng)壓欠壓”故障分析

查看故障邏輯，“DCU 中間電壓欠壓”、“DCU 網(wǎng)壓欠壓”故障的觸發(fā)條件如表1所示。

表1 SIV應(yīng)急電源故障觸發(fā)條件

下載DCU故障數(shù)據(jù)，解析DCU故障數(shù)據(jù)的事件記錄如圖3所示，滿足“DCU 中間電壓欠壓”、“DCU 網(wǎng)壓欠壓”故障的觸發(fā)條件。

圖3 DCU數(shù)據(jù)解析

根據(jù)空間位置、功能技術(shù)要求和接觸軌總體布置方案，廣州地鐵知識城線的知識城站、鎮(zhèn)龍站的交叉渡線不可避免地需要設(shè)置連續(xù)短軌和接觸軌斷口，如圖4所示。采用接觸軌供電形式的B8型車通過道岔區(qū)連續(xù)接觸軌斷口區(qū)時，列車一個單元的三組集電靴均處于接觸軌斷口處，與接觸軌無接觸取流，列車行駛至該處時會失電。

圖4 接觸軌斷口區(qū)

網(wǎng)壓采集點為牽引箱輸入電壓傳感器，出現(xiàn)“DCU 中間電壓欠壓”、“DCU 網(wǎng)壓欠壓”故障時段，列車網(wǎng)壓從正常網(wǎng)壓值降到DC1 000 V以下，接著又恢復(fù)到正常網(wǎng)壓，可初步判斷列車從網(wǎng)壓有電到無電再到有電的運行過程，判斷列車該單元進(jìn)入接觸軌斷口區(qū)。

2.2 “SIV應(yīng)急電源故障”分析

查看故障邏輯，“SIV應(yīng)急電源故障”的邏輯圖如圖5所示，當(dāng)應(yīng)急電源模塊輸入電壓在正常范圍內(nèi)(1 100 V

圖5 應(yīng)急電源故障邏輯圖

以2017年9月30日的應(yīng)急電源故障為例，下載SIV故障數(shù)據(jù)，解析SIV故障數(shù)據(jù)的事件記錄。

根據(jù)故障波形，14點16分49秒檢測到應(yīng)急電源狀態(tài)信號為低電平，網(wǎng)壓Ud為1 643 V，經(jīng)過12 s后，即14點17分01秒報應(yīng)急電源故障，符合應(yīng)急電源故障觸發(fā)邏輯。

由于應(yīng)急充電模塊輸入端高壓母線不貫穿整車，當(dāng)列車一單元所有集電靴與接觸軌接觸時，該單元的應(yīng)急電源模塊輸入端有網(wǎng)壓；列車?yán)^續(xù)向前運行，該單元A、B、C車的集電靴都處于接觸軌斷軌區(qū)時，單元內(nèi)的應(yīng)急電源模塊輸入端無網(wǎng)壓；列車?yán)^續(xù)向前運行，該單元所有集電靴與接觸軌接觸時，單元內(nèi)的應(yīng)急電源模塊輸入端有網(wǎng)壓。初步判斷應(yīng)急電源模塊輸入端電壓短時較大波動導(dǎo)致應(yīng)急電源模塊觸發(fā)本身的硬件保護(hù)不啟動，為應(yīng)急電源模塊的設(shè)計缺陷。

2.3 故障驗證

B8型車應(yīng)急電源型號為南京圖鵬電源有限公司(電源供應(yīng)商)的PDB400-1500S110，具有輸入欠壓保護(hù)、過溫保護(hù)、過流保護(hù)和輸出過壓保護(hù)等故障保護(hù)功能，查看功能原理圖，除了輸出過壓保護(hù)為自鎖保護(hù)，其他均為自恢復(fù)保護(hù)。

當(dāng)一個單元A、B、C車的集電靴都處于接觸軌斷軌區(qū)時，會導(dǎo)致應(yīng)急電源偶發(fā)性不啟動，復(fù)位輔逆電源空開后列車功能恢復(fù)正常，列車可以正常運行。由此判斷列車故障時，應(yīng)急電源模塊啟動了輸出過壓保護(hù)的自鎖保護(hù)，而非應(yīng)急電源模塊硬件損壞。

對故障進(jìn)行驗證，在應(yīng)急電源輸出插頭X1:6腳(電源正常信號檢測端)上人為加一個126 V脈沖電壓，應(yīng)急電源輸出即關(guān)斷，且不再恢復(fù)，直到輸入端重新斷電再恢復(fù)，故障才會清除。

3 故障處理

3.1 臨時故障處理措施

根據(jù)電氣牽引系統(tǒng)供應(yīng)商故障等級的定義，0級故障為提示信息，只做記錄；1級為輕微故障，不影響列車運營，可回庫處理，圖標(biāo)顯示黃色；2級為中等故障，可終點站后處理，圖標(biāo)顯示黃色；3級為嚴(yán)重故障，需要立即干預(yù)處理，圖標(biāo)顯示紅色。

VCMe對應(yīng)急電源故障等級定義為0級，理論上應(yīng)急電源故障時應(yīng)只做故障文字提醒，圖標(biāo)不顯黃色。然而VCMe與HMI顯示器的接口協(xié)議中標(biāo)注語義含糊，標(biāo)注為：應(yīng)急電源故障只報警提示，不顯紅。HMI廠家把應(yīng)急電源故障顯黃。

主機廠重新核對VCMe與HMI顯示器接口協(xié)議后，修正HMI故障顯示，將應(yīng)急電源故障由黃點改成文字顯示和記錄，將應(yīng)急電源故障導(dǎo)致SIV黃點對列車調(diào)試的影響降低。

電源供應(yīng)商對應(yīng)急電源的輸出過壓邏輯進(jìn)行了修改，將輸出過壓自鎖保護(hù)改為自恢復(fù)保護(hù)，適應(yīng)廣州地鐵知識城線路特點，當(dāng)列車經(jīng)過端口區(qū)出現(xiàn)應(yīng)急電源故障時，故障可自復(fù)位。

3.2 根本故障處理措施

應(yīng)急電源模塊重啟時間需要3～20 s，而應(yīng)急電源故障邏輯判斷時間為12 s，導(dǎo)致應(yīng)急電源經(jīng)過接觸軌端口區(qū)后自動重啟時報應(yīng)急電源故障，電氣牽引系統(tǒng)供應(yīng)商優(yōu)化應(yīng)急電源故障判斷邏輯，將12 s的故障邏輯判斷時間改成25 s。

4 結(jié)束語

在設(shè)計階段，主機廠未充分考慮應(yīng)急電源輸入母線未貫穿全車的電路設(shè)計以及線路存在接觸軌斷口區(qū)的特點，導(dǎo)致了應(yīng)急電源故障的出現(xiàn)。VCMe與HMI接口協(xié)議未對接清楚，將只需要文字記錄的故障顯示為黃點圖標(biāo)，擴(kuò)大了應(yīng)急電源故障的影響。

通過修改SIV應(yīng)急電源的軟件保護(hù)邏輯及VCMe應(yīng)急電源故障的觸發(fā)邏輯，解決了廣州地鐵B8型車經(jīng)過接觸軌斷口時出現(xiàn)應(yīng)急電源故障的問題，有效避免了應(yīng)急電源故障導(dǎo)致SIV黃點進(jìn)而影響列車調(diào)試、運營服務(wù)等問題，提高了列車的服務(wù)質(zhì)量?！?/p>