DJ4型机车牵引系统介绍及故障分析
刘清 杨喆 梁伟波
摘 要 本文对HXD1型货运电力机车TCU牵引变流系统冗余功能进行简单分析，并结合机车调试出现TCU隔离故障进行具体分析。当牵引变流系统因故障进入冗余模式时，能够根据具体故障现象结合HXD1型电力机车牵引变流系统冗余工作模式进行故障排查，从而提高牵引变流系统故障排查效率。
关键词 机车 牵引变流 冗余 TCU 隔离
中图分类号：U264 文献标识码：A 文章编号：1007-0745（2021）12-0001-02
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。
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依然無法启动，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。
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。
参考文献：
[1] 张曙光.HXD1型电力机车[M].北京：中国铁道出版社， 2009.
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