充電電阻故障改進(jìn)措施

1. 引言

　　本文以深圳地鐵1 號線一期工程列車牽引逆變器充電電路為研究對象，介紹深圳地鐵列車牽引逆變器充電電路的工作原理，充分分析充電電阻燒損的原因，指出充電電路設(shè)計(jì)上存在的問題和缺陷，提出設(shè)計(jì)的新思路和改進(jìn)措施。

　　2. 充電電路的工作原理

　　2.1 牽引系統(tǒng)的介紹

　　深圳地鐵1號線列車是由4動2拖車組成的6列編組的列車，每列車由兩個(gè)相間的三車單元(A-B-C-C-B-A)構(gòu)成。B車和C車為動車，具有相同的、獨(dú)立的列車牽引設(shè)備。牽引系統(tǒng)其主要功能是把DC 1500V 電壓逆變成帶有可變振幅和頻率的三相電壓，用于的牽引和制動牽引電機(jī)，產(chǎn)生牽引力或制動力，將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能或?qū)C(jī)械制動能量轉(zhuǎn)換成電能，實(shí)現(xiàn)牽引或再生制動。一節(jié)車的牽引系統(tǒng)電路圖如圖1所示，其主要由高速斷路器、電抗器、充電電路、電機(jī)逆變器、牽引電機(jī)(4個(gè))、制動電阻器、接地碳刷等組成。紅色框的為牽引逆變器的充電電路。

　　圖1 單個(gè)牽引系統(tǒng)電路圖

　　2.2 充電電路的工作原理

　　為了使電機(jī)逆變器與外部供電線路DC 1500V 進(jìn)行連接或斷開，每個(gè)電機(jī)逆變器使用一個(gè)線路高速斷路器和一個(gè)充電電路，充電電路帶有一個(gè)線路接觸器，一個(gè)充電接觸器及充電電阻器。充電電路的充電順序如圖2 所示，按壓高速斷路器的"合"按鈕，高速斷路器閉合，電機(jī)逆變器的牽引控制單元(DCU/M)控制充電接觸器閉合，外部供電通過充電接觸器和充電電阻器對電機(jī)逆變器的電容器進(jìn)行充電，閉合2S 后，DC LINK 電壓充電升至1000V 以上，線路接觸器閉合，線路接觸器投入工作，延時(shí)1S 后，斷開充電接觸器，再延時(shí)1S 后，電機(jī)逆變器啟動投入正常工作。電機(jī)逆變器正常工作期間，線路接觸器常閉合，充電接觸器處于斷開狀態(tài)。

　　圖2 充電順序圖

　　3. 充電電路故障分析

　　從上面充電電路的工作原理可以看到，充電電路只是在電機(jī)逆變器啟動開始階段進(jìn)行一次邏輯關(guān)系的閉合。電機(jī)逆變器工作期間，線路接觸器處于常閉合的狀態(tài)， 充電接觸器處于斷開的狀態(tài)。充電電路的充電接觸器和充電電阻器，工作的時(shí)間和頻率相當(dāng)少，一天只是2至3 次的啟動，按理故障率應(yīng)該相當(dāng)小。但在深圳地鐵1 號線一期工程的列車中，電機(jī)逆變器的充電電路故障共發(fā)生35 件，其中充電電阻器燒損32 件，充電接觸器故障3 件，充電電阻器燒損故障為充電電路故障的主要故障。下面重點(diǎn)分析充電電路的充電電阻燒損故障。

　　4. 充電電阻燒損故障分析

　　4.1 充電電阻故障與列車無關(guān)

　　深圳地鐵1 號線一期工程共有列車22 列，列車按列車號順序先后交貨，相隔2 年時(shí)間，充電電阻燒損故障在22 列車中共有11 列車發(fā)生故障，故障列車分布散開，同一列車發(fā)生1-3 個(gè)充電電阻故障(1 列車共有6 個(gè)充電電阻器)，沒有集中列車現(xiàn)象，所以，充電電阻燒損故障與列車無關(guān)。

　　4.2 充電電阻故障多發(fā)生于使用一定時(shí)間后

　　根據(jù)故障情況統(tǒng)計(jì)，充電電阻燒損多發(fā)生于使用8 個(gè)月至18 個(gè)月之間，在時(shí)間分布上說明充電電阻是在使用一段時(shí)間后產(chǎn)生的故障，但也不能說明充電電阻使用一定時(shí)間后，一定會發(fā)生燒損故障，因?yàn)?02 車和105 車目前已使用超過2 年半的時(shí)間，但從未發(fā)生過同類故障。22 列車中有11 列車未發(fā)生充電電阻故障，所以與列車無關(guān)。

　　4.3 充電電阻故障與操作無關(guān)

　　我們對充電電阻發(fā)生燒損故障時(shí)的作業(yè)操作進(jìn)行調(diào)查，故障多發(fā)生于電機(jī)逆變器啟動閉合充電接觸器時(shí)，充電電阻就燒損，多數(shù)為一次性操作就發(fā)生故障，與操作手法和次數(shù)無關(guān)。

　　我們曾試驗(yàn)連續(xù)多次分?jǐn)喔咚贁嗦菲鳎瑏矶啻螁与姍C(jī)逆變器，并未出現(xiàn)充電電路燒損現(xiàn)象。

　　并且電機(jī)逆變器控制對充電電阻過熱有保護(hù)功能。我們多次試驗(yàn)證明多次充電后，充電電阻過熱保護(hù)功能起保護(hù)作用后，充電電阻并未燒損。因此，充電電阻燒損故障與操作無關(guān)。

　　4.4 充電電阻故障發(fā)生具有瞬間性特點(diǎn)

　　我們下載了DCU/M 的故障信息進(jìn)行分析，故障信息代碼為充電失敗故障，查看環(huán)境信息，當(dāng)時(shí)充電接觸器閉合后，DC-LINK 電壓沒有上升，500ms 后，充電接觸器斷開，檢查充電電路線路均正常，說明在充電接觸器閉合時(shí)，高電壓進(jìn)入充電電阻器瞬間，充電電阻器就燒損。我們對多次故障的調(diào)查和分析，多次表明充電電阻燒損只是在閉合的瞬間就燒損，具有瞬間燒損的特點(diǎn)。

　　5. 充電電阻燒損原因分析

　　根據(jù)車輛技術(shù)資料和實(shí)際測量結(jié)果得出以下參數(shù)數(shù)據(jù)：充電電阻j 由電阻合金