CRH2型動車組輔助電源系統(tǒng)故障分析

引言

在現(xiàn)代高速動車組中，輔助供電系統(tǒng)作為重要組成部分之一，主要為除牽引動力之外的所有用電設(shè)備提供電力。它關(guān)系著動車組許多功能模塊的實現(xiàn)，是列車安全穩(wěn)定運行、旅客乘坐舒適的重要保證。自CRH2C型動車組運行以來，輔助供電系統(tǒng)故障時有發(fā)生，運行中會出現(xiàn)輔助電源裝置(APU)不能擴(kuò)展供電、通風(fēng)機(jī)停止、輔助負(fù)載跳閘斷電等故障，這些故障直接影響旅客乘坐的舒適性和列車的正常運行，嚴(yán)重干擾鐵路運行秩序。

1輔助電源系統(tǒng)

CRH2C型動車組輔助電源系統(tǒng)概述

CRH2C型動車組是300km速度級動車組，全列車共8輛編組，6動(M)2拖(T),首尾1號車和8號車是拖車，2號車到7號車是動車。全列車共3臺輔助電源裝置(APU)，APU1、APU2安裝在1號車和8號車車底，APU3安裝在5號車車底。2號車、4號車、6號車車底下各懸掛一套控制用蓄電池裝置。3號車、7號車車底下各懸掛一套應(yīng)急通風(fēng)用蓄電池裝置。8號車設(shè)有列車無線用蓄電池。

供電原理

CRH2C型動車組的輔助電源裝置APU1/APU2從電路結(jié)構(gòu)上分為兩部分:輔助電源單元和輔助整流單元。從變壓器輔助繞組提供電源，經(jīng)APU1/APU2內(nèi)部電能變換，共輸出6類不同電壓制式的電源系統(tǒng)，分別為非穩(wěn)定單相AC400V系統(tǒng)、非穩(wěn)定單相AC100V系統(tǒng)、穩(wěn)定三相AC400V系統(tǒng)、穩(wěn)定單相AC100V系統(tǒng)、穩(wěn)定單相AC220V系統(tǒng)和穩(wěn)定DC100V系統(tǒng)。

非穩(wěn)定單相AC400V電源系統(tǒng)由牽引變壓器輔助繞組提供，通過閉合交流電接觸器ACK1給輔助電源提供AC400V不穩(wěn)定電源系統(tǒng)，其配線是704、754線系統(tǒng)；APU1或者APU2內(nèi)部的輔助變壓器(ATr)將牽引變壓器輔助繞組的單相不穩(wěn)定AC400V電壓直接降壓至單相不穩(wěn)定AC100V電源系統(tǒng)，向盥洗室熱水器、保溫回路等容許電壓變動的負(fù)載供電，其配線是251線系統(tǒng)；APU1或者APU2內(nèi)部的整流器和逆變器將非穩(wěn)定單相AC400V系統(tǒng)變?yōu)榉€(wěn)定三相AC400V系統(tǒng)，為牽引系統(tǒng)相關(guān)的設(shè)備牽引變壓器、牽引變流器、牽引電機(jī)用各送風(fēng)機(jī)等以及主空壓機(jī)、電開水爐等負(fù)載供電，其配線為771、781、791系統(tǒng)；從輔助電源單元的逆變器輸出的三相穩(wěn)定AC400V電源系統(tǒng)經(jīng)輔助整流單元的隔離穩(wěn)壓變壓器TR3、TR4分別輸出穩(wěn)定單相AC100V系統(tǒng)、穩(wěn)定單相AC220V系統(tǒng)，其配線分別為202線系統(tǒng)和302線系統(tǒng)；輔助電源單元的逆變器輸出的三相穩(wěn)定AC400V電源系統(tǒng)經(jīng)過輔助整流單元的整流器變?yōu)榉€(wěn)定DC100V系統(tǒng)，其配線為103線系統(tǒng)，向車輛的控制電源、車廂照明、蓄電池、給水衛(wèi)生等供電。APU1/APU2內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。

APU3由單相整流器、三相逆變器等構(gòu)成。APU3的輸入電源是牽引變壓器3次繞組輸出的AC400V,通過單相整流器變換成為直流電。該直流電通過三相逆變器變換成為交流電，提供AC400V三相50Hz電源，供應(yīng)4號車主變壓器冷卻風(fēng)機(jī)，4號車、5號車的牽引|變流器CI及牽引電機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)用電。內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。

在動車組上安裝3臺牽引變壓器，分別安裝在2、4、6號車。2、6號車的牽引變壓器輔助繞組輸出的AC400V電壓，通過控制交流電接觸器ACK1分別供電給4節(jié)車廂。正常情況下，每臺主變壓器的輔助繞組輸出的AC400V分別供電給4節(jié)車廂。當(dāng)一臺牽引變壓器故障時，通過控制交流電接觸器ACK2,另一臺正常運轉(zhuǎn)的牽引變壓器能夠通過輔助繞組向8節(jié)車廂供電。4號車的牽引變壓器輔助繞組輸出的AC400V單獨給5號車的輔助電源裝置APU3提供電源。1、8號車各安裝1臺輔助電源裝置APU，一臺輔助電源裝置供給4節(jié)車廂所需輔助用電。當(dāng)一臺輔助電源裝置發(fā)生故障時，通過控制擴(kuò)展供電接觸器BKK，另一臺正常運轉(zhuǎn)的輔助電源裝置能夠向8節(jié)車廂供電。在5號車上另外安裝了一臺輔助電源裝置APU3,APU3單獨給4、5號車的牽引設(shè)備通風(fēng)機(jī)供電。當(dāng)APU3出現(xiàn)故障時，可由8號車的APU給APU3進(jìn)行擴(kuò)展供電。

2輔助電源典型故障原因分析

APU1/APU2輔助整流單元故障2.1.1輔助電源裝置ACVN1跳閘

輔助電源裝置交流電源斷路器1跳閘的故障代碼為146,出現(xiàn)這種故障的現(xiàn)象是AC100V穩(wěn)壓供電電路失電，導(dǎo)致無法進(jìn)行空調(diào)控制、供水控制、顯示器控制等。

查找故障原因時，首先要分析單相穩(wěn)定AC100V電源系統(tǒng)（202線系統(tǒng)）的供電原理，單相穩(wěn)定AC100V電源系統(tǒng)是由輔助電源單元的逆變器輸出的三相穩(wěn)定400V電源系統(tǒng)經(jīng)過穩(wěn)壓變壓器TR3輸出，所以故障原因可能是TR3變壓器故障；其次要檢查該電源系統(tǒng)的用電設(shè)備，有可能是負(fù)載設(shè)備故障；最后要檢查運行配電盤的ACVN1斷路器是否出現(xiàn)故障。

如果在運行途中某號車出現(xiàn)這種故障，列車可以繼續(xù)運行，需要再次投入輔助電源裝置交流電源（ACVN1）。如果恢復(fù)，列車正常運行。如果沒有恢復(fù)，需到該供電單元各車全部斷開各車故障用電設(shè)備的NFB。再次閉合ACVN1，然后逐一閉合后續(xù)用電設(shè)備。待ACVN1再次跳閘，切除該故障用電設(shè)備，重復(fù)進(jìn)行，查找出所有故障設(shè)備并相應(yīng)切除，完成后閉合ACVN1。待車輛入庫后進(jìn)一步檢查具體原因。

2.1.2輔助電源裝置ACVN2跳閘

輔助電源裝置ACVN2跳閘的故障代碼為147，出現(xiàn)這種故障的現(xiàn)象是AC220V穩(wěn)壓供電電路失電，導(dǎo)致小賣部設(shè)備、插座斷電。

此故障原因分析方法和故障1相同。首先分析單相穩(wěn)定AC220V電源系統(tǒng)（302線系統(tǒng)）的供電原理，它是由輔助電源單元的穩(wěn)壓變壓器TR4輸出，所以故障原因可能是TR4變壓器故障；其次考慮該電源系統(tǒng)的用電設(shè)備是否發(fā)生故障；最后要檢查運行配電盤的ACVN2斷路器是否出現(xiàn)故障。應(yīng)急故障處理措施與故障1處理方法類似，不再分析。

2.1.3輔助電源裝置ARfN2跳閘

輔助電源裝置ARfN2跳閘的故障代碼為144,該故障現(xiàn)象是充電能力降低。輔助電源裝置的輔助整流單元主要由變壓器TR2和整流模塊構(gòu)成，輸出DC100V電源系統(tǒng)，由103線系統(tǒng)給負(fù)載供電。該故障發(fā)生的原因可能是TR2變壓器故障,整流單元故障，ARfN2斷路器故障。

APU1/APU2輔助電源單元故障2.2.1輔助電源裝置ATN跳閘

輔助電源裝置ATN跳閘的故障代碼為148,出現(xiàn)這種故障的現(xiàn)象是由于加熱器回路失電，導(dǎo)致無法制暖。ATN是輔助變壓器輸入用斷路器，為輔助電源裝置的輔助變壓器(ATr)輸出的單相AC100V非穩(wěn)壓供電電路，通過251線供電，主要用電設(shè)備為輔助加熱器(AHeK)、保溫2(JaN2)、水泵(ABHeCN)、自動洗面臺(AHWN)、玻璃加熱器(GHeN)等。所以，該故障原因可能是ATr變壓器故障，負(fù)載設(shè)備故障,ATN斷路器故障。

ACK1接觸不良

ACK1接觸不良的故障代碼為170,該故障現(xiàn)象是VCB斷開、此動力單元所有的輔助電源(APU)失電。CRH2型動車組采用變壓器輔助繞組供電模式，通過控制交流電接觸器ACK1，給輔助電源裝置提供輸入電源。該故障發(fā)生原因可能是ACK1自身故障，擴(kuò)展供電ACOSN故障，交流電接觸器ACK1R2故障。如果在運行途中發(fā)生此類故障，列車可以繼續(xù)運行，將運行配電盤擴(kuò)展供電NFB(ACOSN)斷開再投入。如果恢復(fù)，正常運行。未恢復(fù)，通過閉合交流電接觸器ACK2,維持運行。

2.2.3輔助電源裝置發(fā)生故障，不能進(jìn)行BKK擴(kuò)展供電

該故障現(xiàn)象一般為APU停機(jī)，此時動力單元所有的輔助電源失壓，進(jìn)行BKK閉合時，另一單元APU發(fā)生故障停機(jī)。

如果在運行途中出現(xiàn)此類故障，首先，斷開故障單元的三相AC400V(771、781、791線)電源系統(tǒng)所有負(fù)載，閉合BKK進(jìn)行擴(kuò)展供電。如能閉合BKK擴(kuò)展供電，再逐個閉合負(fù)載NFB。如遇牽引變壓器通風(fēng)機(jī)MTrBMNFB跳閘，則切除該故障風(fēng)機(jī)的變壓器NFB，閉合ACK2，空調(diào)自動減半,維持運行。如遇MMBM、CIBMNFB跳閘，則切除該故障風(fēng)機(jī)動車。輔助電源(APUBMN、ARFN2、ACVN1、ACVN2,APUCN)其中之一跳閘，則切除相應(yīng)負(fù)載，進(jìn)行BKK擴(kuò)展供電。如仍不能閉合BKK擴(kuò)展供電，說明是771、781、791干線故障,則切除該故障單元主變壓器及動車，按運規(guī)要求限速維持運行(重聯(lián)無須限速)。關(guān)閉該故障單元的換氣裝置，密切注視蓄電池電壓。

2.3輔助電源裝置APU3故障

CRH2C型動車組在5號車上安裝了一臺輔助電源裝置APU3,APU3單獨給4、5號車的牽引設(shè)備通風(fēng)機(jī)供電。當(dāng)APU3出現(xiàn)故障時，可由8號車的APU給APU3進(jìn)行擴(kuò)展供電。運行途中司機(jī)確認(rèn)輔助電源裝置APU3故障時，首先應(yīng)到5號車運行配電盤斷開輔助電源裝置控制NFB(APUCN),然后閉合BKK2進(jìn)行擴(kuò)展供電。

在運行途中，發(fā)生APU3的變頻器用IGBT異常(CONVFO)故障，故障代碼為224。故障原因是很可能是APU3內(nèi)部整流模塊損壞。首先切除5車APU3后，從8車輔助電源裝置對其進(jìn)行擴(kuò)展供電。等入庫檢查APU3,根據(jù)APU3內(nèi)部故障代碼檢查內(nèi)部整流模塊。如果燒損損壞，貝便換新整流模塊，使其恢復(fù)正常。

3結(jié)語

輔助電源系統(tǒng)不僅能為室內(nèi)照明、顯示器、空調(diào)、電茶爐等服務(wù)性設(shè)備提供電源，還要為列車運行控制提供電源,所以該系統(tǒng)是動車組的重要組成部分。該系統(tǒng)出現(xiàn)故障會直接影響動車組的正常運行，所以要加強(qiáng)輔助電源系統(tǒng)的故障應(yīng)急處理措施和維護(hù)檢修工作，減少故障的發(fā)生和損失。

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