复兴号动车组牵引变流器故障分析

复兴号动车组牵引变流器故障分析

金成

青岛四方庞巴迪铁路运输设备有限公司 山东省青岛市 266109

摘要：随着城市化进程的不断推进，高铁动车在我国的建设愈发广泛。而在高铁列车行驶过程中，牵引变流器是保障列车安全行驶的重要部件。一旦牵引变流器出现故障，不仅对动车的性能造成影响，还会对车上人员的生命安全造成威胁。由此，本文对复兴号动车组牵引变流器进行研究，首先阐述了复兴号动车组牵引系统组成，随后牵引变流器的逻辑控制功能，最后提出了牵引变流器的故障处理措施，以促进复兴号动车组的安全行驶。

关键词：复兴号；牵引变流器；故障分析

引言

在动车的行驶过程中，牵引和制动是保障列车安全行驶的关键因素，也是对列车行驶状态进行监测的主要对象。牵引变流器的应用可以对各牵引电动机进行控制与调节，并完成直流电与交流电的转换，从而有效控制机车的运行。但在复兴号的牵引变流器中，仍存在一定的问题致使该装置发生故障，给列车上的乘客造成生命危险。

1 复兴号动车组牵引系统组成

1.1 牵引变压器

在复兴号动车组行驶过程中，牵引变压器能够为其提供主要的行驶动力。通常情况下，每辆复兴号动车分别安装两台牵引变压器，以为相邻的牵引变流器提供其运转所需的单相交流电源。现行的牵引变压器可以将25kV/50HZ的一次电压降低至可供4个牵引绕组使用的1850V/50HZ二次电压^[1]。同时，次级绕组通过强迫导向油循环风冷这一方式来为牵引变流器提供电能，以推动变电工作有序展开。此外，由于变压器油箱为钢结构，为有效防止矿物油的热胀冷缩，在变压器中往往安装专门的储油柜，独立固定在列车的尚不，独立于油箱之外，通过管道与连接器相连，有助于提高变压器的工作效果。

1.2 牵引变流器

通常情况下，每个动车组上设置4台变流器，分别安装在相应车厢下的牵引设备箱中。当牵引变流器开始运转后，交流电源在设备内部点转变为直流电源，再转变回交流电源，以供应牵引电机正常工作所需的电量。同时，牵引变流器还可以对牵引电机的频率等进行调控。此外，牵引变流器还可以通过中间的直流环节为辅助变流器提供电源，为动车组的稳定性是提供保障^[2]。

1.3 牵引电机

牵引电机正常运转是动车稳定行驶的前提。在当前的复兴号动车组上，共配备了16台牵引电机，分别安装在不同车厢的车轴及动力转向架上，以为动车的行驶提供牵引动力。通常情况下，动车选用的电机类型为三相鼠笼式异步电动机，其在工作过程中能将电能转化为机械能，并在活动过程中将机械能转化为电能，从而减少停车或行驶过程中的能量损失，进一步提高了列车在行驶过程中的安全性。

2 牵引变流器的逻辑控制功能

牵引变流器的主要工作就是执行TCMS分配的牵引力指令，并在牵引级位模式下，由TCMS根据牵引器当前的级位状态生成牵引力百分比制定，并将方向、牵引状态等指令传输给TCU^[3]。在TCU的综合判断下，根据各转向架的轮径值生成力矩给定，并将其分配给两个转向架同时进行，在此过程中需保持给定力矩一致，并使实时加速率稳定至0.75m/m³以下，并根据行驶信息变化对其进行调整。

3 牵引变流器的故障处理措施

3.1 优化空调系统的控制

在复兴号动车组中，空调的控制装置被安装在车厢底部的空调系统中，并由系统自身的逆变器来对空调温度进行实时控制。另外，复兴号车厢内部并没有设置显示器，而是利用数码管来展示各项信息数据，以将车辆行驶信息传递给空调机组中，并将空调数据信息与故障情况进行记录。同时，复兴号的控制装置主要由手动控制装置、网络装置、接触器等部件构成，并集中安装在空调配电柜中。因此，空调控制器的功能得到极大扩展，除了基本的调节车厢温度外，还可以对故障信息进行存储、诊断故障起因、传递控制指令等，并在液晶屏的支持下传递各项信息，有助于提高故障检修的效果^[4]。此外，手动控制装置的设置为解决变流器故障问题提供了新的工作思路，使空调控制器能够在不同的状态下进行切换。这种设计方式不仅可以为装置的检修维护提供相应的便利，还能进一步增强设备状态信息的直观性，以便于工作人员及时掌握该部件的信息数据，增强维修操作的人性化程度，以确保系统的稳定运行。

3.2 动车组受电弓升弓的优化

在升弓开始前，控制中心首先要发出升弓指令，使升弓电磁阀做出相应的应对措施。在此过程中，一部分压力空气经过升弓电磁阀及车顶供气管路后进入气囊，推动受电弓升起；另一部分则通过ADD阀到达相应的检测气囊等。这不但是压力空气得以稳定到达指定区域的保障，也是促进上下阀体压力平衡，升起受电弓的重要措施^[5]。

其次，在受电弓升起后，压力传感器在接受由受电弓传来的状态信息后，将其反馈给控制模块，并使控制模块将反馈的压力数据与原本经过速度—气囊压力曲线计算出的目标数据进行对比。当两项数值不一致时，控制模块会通过闭环控制系统采取相应的控制方式，使其保持一致。

当升弓阶段结束后，控制中心发出降弓命令。此时，升弓电磁阀开始失电，气囊内的压力空气被排出，受电弓在重力的作用下逐渐回落。同时，处于闭合状态的压力开关断开，给牵引系统反馈正常降弓的信息。当有故障产生时，受电弓将自动降下，使受电弓及其他部件不受破坏，提高列车行驶的安全性。

3.3 主变压器保护

动车的正常行驶离不开主变压器的作用。因此，技术人员需要加强对主变压器保护工作的重视。对主变压器的保护可以从以下几个方面来进行。第一，油流保护。当变压器内部的油流速度过低时，油流继电器在设备内部变化的影响下开始工作。当主变压器处于流速过低状态持续10s以上时，继电器将直接断开VCB，并封锁脉冲，以对油流速度进行控制，减少油流现象带来的损失；第二，对主变压器内部温度进行保护。随着动车行驶速度的加快，变压器的工作压力也在不断增大，导致其内部油温不断升高，很容易对动车的行驶状态造成影响。因此，当此现象发生时，油温继电器将向车载电气检测设备传达相应的命令，使其断开VCB，并通过TCMS和TCU来完成封锁脉冲，从而有效降低油温。待油温恢复正常时再连接VCB；第三，对油位进行保护。当变压器内部油位较低时，其内部低液位报警装置自动启动，并将报警信号传递给液位继电器，使车载电气检测设备能够及时切断VCB，从而提高主变压器内部油位，使其能够正常工作，以保障动车的行驶安全。此外，当主变压器内部冷却单元温度超标时，电气检测设备需要对变压器内部脉冲进行彻底封锁，直至冷却水温恢复正常后，软件自动复位故障。

结束语

牵引变流器是动车组得以稳定行驶的关键部件，其中潜藏的任何风险均会对整个动车组的安全造成威胁。由此，相关技术人员应当加强对牵引变流器的故障检测工作，深入研究故障问题的起因，从而保障动车组的行驶安全。本文以复兴号动车组的牵引变流器为研究对象，通过阐述其牵引系统的组成与牵引变流器的逻辑控制功能，提出了优化空调系统的控制、动车组受电弓升弓的优化、主变压器保护等措施，以保证复兴号动车组的安全性。

参考文献

[1]王丹. 动车组牵引变流器故障分析及其诊断方法研究[D].兰州交通大学,2020.

[2]赵振申. CRH380B型动车组牵引系统故障分析研究[D].中国铁道科学研究院,2020.

[3]杜朋洁,张丽丽,马子奕.关于某型动车组牵引系统通讯故障的故障原因分析[J].电子世界,2019(23):179-180.

[4]弓海斌.某型高速动车组牵引变流器主风机叶片故障分析及优化设计[J].铁道车辆,2019,57(12):17-19+4.

[5]郑文平.复兴号动车组牵引变流器故障分析[J].轨道交通装备与技术,2019(05):42-45.