徐骄阳 缪建国 孙 雄 中国铁路上海局集团有限公司上海动车段

1 故障背景

2018年7月24日，中国铁路上海局集团有限公司南京段徐州东动车所05供电单元（24道～32道）接触网发生跳闸停电，检修库D31道2列位接触网断线。经现场检查发现停放于D31道的CRH380B-3728动车组02车受电弓碳滑板存在拉弧现象，03车牵引变流器Q1断路器热熔烧损。查看动车组HMI屏故障界面报03车线路断路器Q1:由于状态异常，测试运行（代码24B4），01车报CCU1：VCB断开后检测到连续的谐波电流（代码632D），CCU2：VCB断开后检测到连续的谐波电流（6341）等故障。经调查分析此次事故主要是由于CRH380B-3728动车组03车牵引变流器Q1断路器内部故障引起的，同时由于列车TCU控制逻辑上的缺陷导致了故障影响的进一步扩大。

2 Q1断路器工作原理及相关诊断代码简介

2.1 控制原理

Q1断路器是牵引变流器的输入断路器，一端连接主变压器次边绕组，一端连接牵引变流器整流模块。动车组在初送电时，当第一次操作闭合主断路器后，牵引变流器内部预充电接触器K4接通，通过预充电电阻给中间直流电路预充电，同时牵引变流器进行自检（3 kV测试），此时主断路器自动断开，预充电接触器K4随之断开。当第二次操作闭合主断路器后，K4接触器再次接通预充电电阻给中间直流电路进行预充电（此时牵引变流器不再进行自检测试），当中间直流电路电压达到额定电压的95%时，Q1断路器内部驱动电机动作，使其主触点闭合，同时预充电接触器K4断开，牵引变流器开始工作。

牵引变流器输入端主电路如图1所示。

图1 牵引变流器输入端主电路示意图

2.2 Q1断路器工作原理

Q1断路器实物如图2所示，内部电气图如图3所示，外部接口pin1、2、3用于控制接触器断开和闭合，设有2对主触点L1T1和L2T2，用于4QC输入电流控制，并设有辅助触点用于反馈Q1断路器的相关工作状态。

图2 Q1断路器外观图

图3 Q1断路器内部电气图

2.2.1 Q1断路器闭合过程分析

Q1断路器断开状态的电路原理如图4所示。Q1断路器主触点断开时，需要在pin1施加正电压，pin2施加负电压，pin3不施加电压。此时由于继电器线圈没有施加电源，因此不会动作。pin1端正电压将通过继电器触点22-21、Q1接触器的辅助触点 19-16施加到电机A端，电机B端通过继电器触点31-32回到pin2端负电压，使得电机正向旋转，主触点闭合。

当出现以下两种情况时，Q1接触器将动作异常：

（1）若上一个断开动作结束时辅助触点14-15和16-19未正常动作，Q1断路器接收下一个闭合指令时辅助触点16-19作为电路通路本应闭合但未闭合，则Q1接触器无法闭合。

（2）若Q1断路器能够正常闭合，而在闭合动作结束时辅助触点14-15和16-19未正常动作，则辅助触点14-15仍处于断开状态，系统因检测到辅助触点14-15的闭合反馈为0而认为Q1接触器未闭合。

图4 Q1接触器由断开到闭合的控制电流走向图

2.2.2 Q1断路器打开过程分析

Q1断路器闭合状态下的电路原理如图5所示。Q1断路器主触点闭合时，需要在pin1和pin3施加正电压，pin2施加负电压。继电器线圈得电后动作，继电器触点13-14闭合、21-22断开、43-44闭合、31-32断开。此时pin1的正电压施加在电机B端，pin2负电压施加在电机A端，使得电机反向旋转，主触点断开，同时辅助触点pin12-13闭合、pin14-15断开、17-18断开、16-19闭合。由于辅助触点pin17-18断开，电机B端的正电压被切断，电机停止旋转，此时主触点完全断开。

图5 Q1断路器由闭合到断开的电流走向图

2.3 Q1断路器诊断代码逻辑

（1）诊断代码24B2：当Q1断路器应当闭合而收到反馈信号未闭合，或Q1断路器应当断开而收到反馈信号未断，上述状态持续0.5 s报24B2。

（2）诊断代码24B3：当30 min之内发生了3次24B2，报24B3。

（3）诊断代码24B4：当报出24B2触发Q1自动检测，测试过程时间共为43 s，其中，先闭合Q1断路器20 s，再断开Q1断路器20 s，最后延迟3 s确认。当Q1测试完成，测试结果不正常时，产生诊断代码24B5，同时锁闭故障单元的牵引变压器;当Q1测试结果正常时，诊断代码24B4复位。

（4）诊断代码24B5：当 TCU启动1 min内发生24B2，或24B4自检后Q1故障未消除，报24B5封锁牵引变压器。

3 故障原因分析及存在问题

3.1 车载数据分析

通过对CRH380B-3728动车组故障时间段内的CCU、TCU车载数据以及相关MVB解析数据进行下载整理后，分析如下：

根据表 1整理的 CCU、TCU数 据 可知，21:26:12，CRH380B-3728动车组03车报线路断路器Q1:由于状态异常，测试运行（代码 24B4）；21:26:31，01车报 CCU1：VCB 断开后检测到连续的谐波电流（代码632D），CCU2：VCB断开后检测到连续的谐波电流（6341）；21:26:32，02 车报 10-T01:变压器锁闭，无法重启（631F）等故障。

表1 CRH380B-3728动车组故障数据整理

（1）MVB解析数据对Q1断路器等设备动作时序（见图6）的整理分析

图6 MVB解析的各主要设备动作时序

根据数据可知21:26:01，首次操作主断路器闭合；21:26:10，03车牵引变流器运行3 kV测试从而断开主断路器；21:26:14，03车Q1断路器测试运行至闭合阶段（此过程正常应持续20 s）；21:26:20，由于主断路器断开10 s后TCU控制将03车Q1断路器断开；21:26:31，再次操作主断路器闭合，与此同时03车Q1断路器再次闭合(但是牵引变流器此时未进行中间直流电路的预充电)；21:26:32，主断路器由于过流断开。

（2）故障原因分析

此次故障的根本原因是CRH380B-3728动车组03车牵引变流器Q1断路器辅助触点信号反馈异常，从而触发了自检测试，由于测试过程中主断意外闭合，此时牵引变流器Q1断路器在未预充电情况下闭合产生过电流导致主断断开，主断在分段时发生击穿短路造成分断失败，并触发受电弓降弓保护。最终由于带载降弓导致受电弓与接触网间产生严重拉弧烧断接触网。

3.2 存在的问题

现有TCU逻辑中，在牵引变流器Q1断路器闭合后持续43 s测试期间，因主断路器断开10 s后会发出Q1断路器断开指令(断开优先)，从而中断Q1断路器的闭合测试，Q1断路器断开后导致主断路器再次释放(HMI屏显示主断路器释放图标变蓝，允许闭合主断路器)，若此时闭合主断路器，变流器未通过内部预充电接触器K4接通来进行预充电，将会导致Q1断路器触点间产生较大电位差，并形成较大的涌入电流。

通过对故障情况及现有TCU相关控制逻辑的结合分析，可发现TCU对Q1断路器的控制保护逻辑上存在缺陷，Q1断路器在运行故障测试（报出代码：24B4）时，TCU控制上并没有对主断路器闭合指令进行封锁，此时如果操作主断路器闭合，则因变流器内部预充电环节未完成而存在变压器次边过流的风险，极端情况下将导致Q1断路器带载合断、主断路器绝缘击穿等严重安全隐患。

4 应急措施及整治方案

鉴于CRH380B(L)型动车组在牵引变流器Q1断路器控制保护逻辑存在缺陷，存在较大安全风险，故研究并制定动车组运行途中及库内检修的相关处置措施尤为迫切。除此之外，也须从产品源头质量上研究提高Q1断路器的可靠性，彻底消除故障隐患。

4.1 途中故障应急处置措施

CRH380B（L）型动车组运行途中发生牵引变流器Q1断路器故障（24B2、24B3、24B4），动车组牵引丢失，主断路器断开时，应先切除牵引变流器后再闭合主断路器，并维持运行。若切除故障牵引变流器后，主断路器仍然不能闭合，应对故障牵引单元进行隔离操作后再闭合主断路器，并维持运行。

CRH380B（L）型动车组运行途中发生牵引变流器Q1断路器故障（24B5），动车组牵引丢失，主断路器断开时，则将牵引手柄置“0”位后在“牵引”页面中将故障牵引单元的受电弓、车顶隔离开关、主断路器、牵引变流器切除，随后闭合主断路器并维持运行。

4.2 库内检修故障处置措施

若在动车组库内检修中发生此类故障，检修人员严禁直接操作闭合主断，应及时联系技术人员进行故障检查和确认，在控制软件未优化及故障原因没有明确前，由技术人员对牵引变流器预充电进行检查和测试，具体操作要求如下：

（1）车组升弓，但要求主断路器断开，保证牵引变流器处于激活的状态。

（2）使用Monitor软件将TCU改为监控模式Hardware-Reset-Monitor，如果出现 Reset online notpossible，则在 User菜单内选择DClink，对牵引变流器中间电路进行放电。

（3）在 User菜单内选择 INIPPOF，在 User菜单内选择Proofoffline 选择 1：switch element testing。

（4）选择1，进行Q1进行测试。选择y：打开Q1，系统对Q1的动作时间进行测试（延时小于4 000 ms，无不合理的信息或故障代码）。

（5）选择n：关闭Q1，系统对Q1的动作时间进行测试（延时小于4 000 ms，无不合理的信息或故障代码）。

（6）后续再陆续选择2：预充电接触器K4测试和选择3：对K11进行测试（无不合理的信息或故障代码）。

4.3 制定临时Buffer优化方案

针对Q1断路器测试过程中存在的软件逻辑缺陷，临时制定了上载TCU Buffer的优化方案，延长24B4代码触发的主断分段脉冲时间，分主断脉冲由500 ms延时到42 s，使Q1断路器在测试过程中主断路器无法闭合。目前已完成了对CRH380B（L）型动车组TCU Buffer的上载工作，暂未再发生硬件烧损的问题。

4.4 源头整治方案

（1）硬件整治方案：考虑到目前所使用的辅助触点(沙尔特宝SJ11型)，其防护等级为IP40，当灰尘聚集且空气温湿度变化，长时间运用后易导致接触点表面产生氧化性接触不良。经过筛选和评估，后续计划结合五级修更换为防护等级更高（IP67）的PBX型号辅助触点。

（2）软件整治方案：优化Q1断路器测试控制逻辑，在Q1进行测试期间将封锁主断路器，能够有效的防止上述可能的发生，目前软件已编制完成，将随CRH3型动车组各车型列车软件升级时进行优化。

5 结束语

CRH380B（L）型动车组牵引变流器Q1断路器检测到状态异常时会触发自检程序，因Q1自检程序存在缺陷，自检过程中主断有闭合的可能，存在牵引变压器次边过流、Q1断路器烧损的风险。本文通过对牵引变流器Q1断路器的工作原理及故障诊断逻辑进行了深入分析，并结合动车组车载数据分析还原了故障发生的过程，剖析了故障原因，有针对性地出了动车组运行途中及库内检修中的相关应急处置措施及优化方案，可大幅降低Q1接触器烧损的风险，消除故障影响。