刘宁

摘 要：北京地铁首都机场线是一条主要服务于航空旅客，具有城市候机楼功能，能够提供“安全、快捷、舒适”服务的客运专线。首都机场线车辆牵引系统采用加拿大庞巴迪产品（101-110车组，除104车组试验外）、（国产）南京华士电子科技有限公司产品（104车组），庞巴迪采用基于优化转差频率的VVVF控制策略，国产化设备采用磁场定向闭环控制策略。首都机场线车辆的牵引系统均由国外引进，关键技术及备品备件完全依赖进口，造成车辆维修维护困难、运营成本较高。因此对牵引系统进行国产化，国产设备于2017年年底安装在104车组，运营至2020年4月，车辆走行公里40万公里。本文主要对国产牵引变流器原理进行简要的介绍，并对实际使用中出现的问题进行了介绍、原因分析、提出了解决措施。

关键词：国产化;牵引系统;原因分析;解决措施

中图分类号：U231.8 文献标识码：A

1 牵引变流器的构成

国产化牵引变流器用于首都机场线4节编组全动车直线电机车辆，列车编组示意图见图1所示。每个列车共有4个牵引变流器。每个牵引变流器由高压箱和逆变箱两部分构成。

图1 列车编组示意图

2 牵引变流器设备配置

2.1 高压箱设备配置

牵引变流器高压箱，由输入保险，输入电流、电压传感器，充电电阻，充电、主接触器，输入电抗器，电感风机，交流滤波电容、吸收电阻、磁环组合成一个滤波模块，斩波电阻，HARTING连接器组成。

2.2 逆变箱配置

牵引变流器逆变箱，由支撑电容，IGBT，DCU单元，输出电流传感器，输入电流传感器，斩波电流传感器，电压传感器，逆变风机，内部风机，自放电电阻，接地电容，接地电阻，小电容，滤波器，HARTING连接器等组成。

3 功能说明

牵引系统（PCU）由高压箱和逆变箱组成，供电线路750VDC从第三轨集电靴进入高压箱，通过输入保险丝，进入由充电接触器、充电电阻和主接触器构成的充电回路，进而通过滤波电抗器后接入逆变箱直流正母线。在滤波电容器充电后，逆变箱将三轨直流电压变换成三相幅值、频率可变电压并提供给直线电机。同时直流电流通过负母线返回至直流供电的回路。

4 牵引变流器在应用过程中较突出的故障分析与改正措施

4.1 故障名称：滤波电容充电故障

故障分析：

   牵引变流器出现滤波电容预充电故障的主要条件如下：

（1）未检测到预充电接触器的动作反馈信号;（2）实施检测的滤波电容的电压值与母线电压值之间的差值>50 V，且时间超过2 s。

排查过程：

（1）现场对预充电接触器进行了排查，发现预充电接触器能够正常吸合;（2）现场对预充电电阻进行了检测，预充电电阻值正常;（3）通过对预充电回路的前端部件进行检测，发现PCU的输入熔断器已熔断，导致PCU熔断器后端的主电路无高压。

故障原因：经过现场进一步排查，发现PCU的输入电抗器的电气接口存在有明显的水迹现象。由于电抗器的电气接口端与机械接口端发生短接现象，导致PCU主电路的接地短路，产生瞬间的短路电流，触发熔断器熔断保护。

解决措施：为了保障车辆的能够快速投入運营，现场对腔体进行了清洁和风干;更换PCU的输入熔断器。并进行静态高压通电测试和牵出线动车调试。

针对出现的问题进行了以下优化：

（1）电感散热风机电源输入端增加接触器控制，当车辆停止运行时，可通过控制风机接触器断开，切断风机电源，使风机在车辆停止工作时，处于关闭状态;（2）风机的电气接口部分，做涂覆绝缘胶或绝缘泥进行处理，优化电抗器腔体进风口门板的格栅设计，有效防止大面积的雪，尘等异物进行腔体中。

4.2 故障名称：牵引高压箱滤波风机运营异常

故障分析：2号车PCU风扇接触器打开，2号车PCU滤波风扇无法正常工作，进一步检查，发现PCU的输入电抗器散热风扇出现异常，辅助供电系统（APU）中的该风扇的断路器过流保护断开，但牵引系统仍然处于正常工作状态中。最终PCU的输入电抗器在无散热的环境下进行工作，产生异味。

故障原因：由于天竺车辆段停车环境较为恶劣，风机在24 h高速运转，不停机，风机的叶轮上积尘较多，且积尘面积不均匀，运行时间过长会导致风机的动平衡被破坏，影响2号车PCU滤波风扇无法正常工作，导致断路器过流保护断开，造成输入电抗器在无散热的环境下进行工作，过热产生异味。

解决措施：在APU上传的健康信号的逻辑条件中，增加PCU散热风扇接触器的状态，确保在风扇故障后，车辆牵引系统停止工作;更换2号车PCU滤波散热风扇，试车试验正常。

针对滤波散热风扇故障问题进行以下整改：在保证散热的前提下，由原来的二极风机变更为四极风机（主要是针对风机的电机），降低其转速。将风机的叶轮由铆接的方式改为焊接的方式，提到风机的动平衡性能，将风机的叶轮进行表面处理，避免其大量的积尘。

4.3 故障名称：牵引系统与制动系统出现电制动与液压制动出现叠加故障

故障分析：在DTO模式（自动驾驶模式）下，国产化牵引系统在低于20 km/h速度运行时，仍有电制动力，进而导致电制动和液压制动同时施加，使车辆出现制动欠标现象。庞巴迪牵引系统在低于20 km/h速度运行，电制动力逐步淡出。

故障原因：在国产化设备研制过程中未设置DTO模式下，车辆电制动与液压制动的区分，电制动一直施加到接近零速，因此导致列车在DTO运行模式下的制动欠标。

解决措施：根据上述分析，电工所及华士公司研发人员在牵引系统中添加了DTO模式下的电制动命令读取功能及电制动切除功能，实现电液制动的有效配合。

5 结束语

目前首都机场线车辆牵引系统采用庞巴迪核心技术，对于运营维护企业来说，设备的维护，备件的采购周期及费用，技术支持上均造成一定的困扰。本次首都机场线104车进行牵引变流器国产化试验及应用，在这些方面都带来了较便捷的解决办法，虽然在应用的过程中出现了一些问题，但从国产技术发展、提高设计及维护人员技术的角度来说，这些问题正好是不断提高的基础，为首都机场线车辆的增购、厂修项目奠定基础。

参考文献：

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