关于CRH2型动车组牵引变流器工作原理及常见故障分析

关于 CRH2型动车组牵引变流器工作原理及常见故障分析

姜鹏 霍永刚 刘尧

摘要：CRH2 动车组通常会出现闪报错误。所谓的闪报错误是指在运行过程中发生的错误，这些错误在日常的检查或测试过程中不会再次出现。为了处理和分析这些错误，可以对动车组内相关产品的工作原理进行深入了解，并与MON屏幕上显示的错误参数结合起来，以做出准确的判断。还可以下载和分析错误历史记录数据，并根据错误历史记录数据做出合理的推断，找出故障原因。

关键词：CRH2型动车组；牵引变流器；常见故障

引言

牵引变流器是CRH_2 动车组的重要组成部分，由四个牵引电动机电源控制，由脉冲整流器、直流平滑电路、逆变器、真空交流电、接触器主电路设备和非接触式控制单元组成，控制整个电路设备的操作。牵引变流器属于动车组的传动单元，其在牵引电路中的主要功能是在直流和交流之间转换电能，并控制和调节各种牵引电动机车的运行。

1牵引变流器的结构概述

1.1主电路

主电路系统通常以两辆车为单位。电源为单相交流电，引入受电弓，主电路在一次侧断开和闭合。牵引变压器的绕组受VCB的控制，与此同时，电流与另一个一起流入牵引转换器的脉冲整流器。 M1和M2两辆车都配备有牵引力转换器，并且除了控制这两辆车的电源和制动系统外，还具有车辆保护功能。通过根据车辆的驾驶信息控制设备来实现。脉冲整流器载波的载波相位差操作减少了电流影响对动车运行的干扰。

1.2牵引传感器

主要由一个单相交流对直流脉冲积分器组成。直流与三相交流逆变器可以实现电流控制。滤波电容器吸收电压波动和输出直流恒定电压的相互作用对牵引变流器产生积极影响，可以管理和控制其工作。

1.3变频器

滤波电容器的电压输出是设备主电路的电源。根据非接触式控制装置，控制键用于选择输出电压和频率，并控制四个并联感应电动机的速度。通过再生制动系统改变输出，三相交流是输出滤波电容器的输出直流电压。通过电压控制方法独立控制电流，可以提高转矩控制精度，响应速度和电流控制精度。

2.牵引变流器的工作原理

牵引变流器由主电路设备，控制电路和冷却系统组成，主电路包括液位脉冲整流器模块、中间直流电路、三相逆变器模块、交流接触器、充电装置、继电装置等。冷却设备包括非接触式控制单元、门极电源、主风扇、辅助风扇、热交换器等。整流器单元将单相交流电转换为中间直流电压，逆变器单元将中间直流电转换为三相交流电源，用于牵引电动机。

2.1整流部分

整流部分包括单相三电平PWM脉冲整流模块，该模块将牵引变压器的次级侧电压整流为1500V和50Hz的中间DC电压。通过非接触式控制单元的IPM选通控制，实现了牵引变流器的输出直流电压2600至3000V恒压控制，以及一次侧电压和电流功率因数的控制。另外，保护功能也可以实现为非接触式控制装置。再生制动的功能是反向转换，使用滤波电容器将50Hz的DC3000V和AC1500V输出到牵引变压器侧。

2.2逆变器部分

逆变器部分使用中间直流电压作为输入，由非接触式控制单元IPM控制，并输出具有可变电压和频率的三相电压，以控制牵引电机的速度和转矩。在再生制动期间，逆变器部分被转换为整流器部分，将从牵引电动机输出的三相交流电转换为中间直流电压，然后通过逆变器将其提供回悬链线。

整流模块和逆变器模块通过将其提升到牵引变频器的底部而安装在牵引变频器内。牵引变频器的散热分为外部风道和内部风道，外部风道主要包含功率模块散热器，内部风道主要散发电路设备的热量。其中，功率模块散热器由铝合金制成，可以减小体积和重量。

2.3交流接触器K

交流接触器K主要用于牵引变压器和整流器的导通和断开，通常用于在整流器侧切换电流。当需要切断故障电流时，VCB切断电源侧，然后切断整流器侧电流。

2.4地面感应装置

接地检测设备主要包括接地电流传感器（GCT），接地电阻（GRRe），接地电路浪涌吸收电容器（GRC）等。当接地电流传感器检测到接地电流超过指定值时，将报告“牵引变流器接地”错误。牵引电机通过矢量控制分别控制转矩电流和励磁电流，这种控制方法可以提高牵引电机的控制精度，相应的调速电路由与脉冲相同的三级整流器结构组成。

3.案例分析

根据我国动车组的当前运行情况，主要介绍了CRH_2动车组牵引变流器的运行故障，并给出了CRH_2型2092 动车组的运行操作。在行驶过程中，驾驶员多次操作了重置按钮，但没有任何反应，显示重置失败。到达车站后，驾驶员通过对车辆执行断电重置，成功恢复了前向动力，操作恢复正常。但在随后的运行过程中，2号车多次发生故障，并且驾驶员通过多次重置没有清除故障，因此为了使动车组处于安全运行状态，最终决定将2号车切除。

4问题解决与分析

4.1脉冲整流器的错误处理与分析

对CRH2C型2092 动车组进行测试，并将显示模式设置为“测试模式”。检查错误日志的结果是，牵引转换器报告了GD1错误。从CI控制盒下载故障数据分析，断开接地保护，拆除501C线路进行故障排除，使用万用表测量501A线路和501C线路，接地分别为0.3 MΩ和0.5 MΩ。用500V振荡器测量的电阻为0Ω，实际上存在接地现象。因此，开始在接地检测设备上进行故障排除，并使用万用表通过501A线路和501C线路检测接地电阻（GRR）电阻值，并且接地电流传感器（GCT）也可以正常测量。对故障数据的重新分析表明，脉冲整流器模块和逆变器模块有可能出现问题。使用振动计测试两个脉冲整流器模块和三个逆变器模块的接地绝缘，将V相脉冲整流器模块的每个输出输入母线接地，电阻值为零。由于整流模块的电容器元件发生故障，可能会进行初步检查。发现问题后，将V相脉冲整流器模块更换并添加到车辆中，观察到2号车的牵引变流器工作状况良好，表明车辆主电路中存在接地故障。

4.2充电设备的错误处理和分析

CRH2C型2061动车组已存入仓库中，需要大修。检查故障记录后，3号车报告CI故障（141），牵引变流器CIF（007），牵引变流器GLPV（008），牵引变流器ISOC2（012），牵引力转换器MMOC2（014）等错误。在空档测试和启动测试中，3号车车上的K接触器未闭合，充电装置未充电。检查车辆底部的硬件设备，确保已连接K接触器，检查3号车的CI充电设备的RS电阻是否在燃烧，501和502端子已放电，并且产生了电弧，并且汇流排1501和1502之间还有一个放电弧。更换充电单元后进行测试时，K接触器仍然没有啮合，但是在检查K接触器时，故障记录表明，牵引变流器的次级侧存在过电流，充电装置烧坏。考虑到这些问题，更换了3号车和2号车的SCP板和CIF板，并进行了空档实验以执行故障转移。确定CIF板很可能是造成问题的原因，并且更换了CIF板后导致3号车出现故障，由此确定CIF板是控制盒未启动的原因，并导致了 K 接触器不吸合。更换CIF板后，进行了高压测试，使3号车恢复正常，没有再次发生这种类型的故障。

结语

通过分析CRH2 动车组牵引变流器的结构和原理，可以看出牵引变流器具有多项优势，包括相对先进的技术和复杂的结构。牵引变流器的输出控制采用内部软件控制以及故障诊断，故障数据记录，保护功能等。当牵引转换器发生故障时，错误代码将发送到监视器屏幕，从而使维护人员能够及时确定错误点并执行错误处理，以提高错误处理的效率。牵引变流器采用模块化设计，并统一至设备舱，易于维护，如果模块发生故障，可轻松更换。牵引变流器电路采用IGBT组件设计，并使用大电流，高速开关和高压电阻组件来实现紧凑轻便的设计。

参考文献

[1] 任小东，金长松.《CRH2时速200公里动车组电气控制系统故障处理手册》.株洲：株洲南车时代电气股份有限公司.2010

[2] 任小东，金长松.《CRH2时速300公里动车组牵引变流器（CI）检修说明书》.株洲：株洲南车时代电气股份有限公司.2008