王乐天

（广州市地下铁道总公司，广东广州 510310）

1 概述

广州地铁A2、A3型电客车是由长客庞巴迪公司生产的4动2拖六节编组地铁车辆，现主要应用于广州地铁一、八号线。蓄电池充电机全列车共有两个，为列车提供直流电源，同时为蓄电池充电。正常情况下两个充电机同时工作，当其中一个充电机故障时全列车直流电源单独由正常充电机提供。现正线运营时司机发现在其中一端充电机报故障停止工作时，列车蓄电池电压表电压值直线下降。最终列车在最近站点清客后进入存车线退出服务。如司机发现问题稍晚，则最终将造成列车进行区间清客、救援，对地铁线网正线运营将带来极大影响。

本文基于充电机的工作方式及工作原理对以上故障进行分析并确定故障原因。并根据故障检查中发现的问题对后续列车检查规程、检查方式提出相应的改进措施并取得良好效果。

2 蓄电池充电机工作方式及工作原理

2.1 蓄电池充电机工作方式

广州地铁A2、A3型电客车采用冗余设计，在两个拖车车底各装配了一个蓄电池充电机。蓄电池充电机由接触网提供DC1 500 V电源，通过逆变、整流电路最终输出DC 110～126 V电压。其为列车控制诊断系统、110 V控制系统、照明系统等直流负载提供必须的直流电源，同时为列车蓄电池充电。当两个充电机均正常工作时，由两个充电机同时为列车供电。当其中一个充电机报故障停止工作时，则由正常充电机单独为列车所有低压直流负载提供电源。

2.2 蓄电池充电机工作原理

广州地铁A2、A3型电客车充电机直接由接触网供电，在其输入端与接触网之间没有预充电装置，也没有将充电机与接触网之间断开的接触器。只要列车受电弓与接触网连接，直流输入电压直接通过保险丝与充电机相连。

当列车激活后充电机控制微处理器由列车蓄电池供电启动，充电机进入准备工作状态。当微处理器检测到列车接通DC1 500 V后发出逆变启动信号。充电机启动后将在2 s内进入到满负载工作状态。

在充电机启动阶段及正常工作过程中，其控制微处理器通过充电机内部电压传感器、电流传感器等检测模块检测充电机状态，并通过RS232、RS485接口与列车控制诊断系统相连。当微处理器检测到故障时向列车控制诊断系统发出故障信号并生成相应的故障代码。充电机电路简图如图1所示。

图1 充电机电路简图

充电机逆变整流电路简图如图2所示。输入滤波器包括扼流圈L1，L2和电容 C1，IGBT TR1和TR2是调压逆变器的开关，该调压逆变器提高输入电压至超过电容C3和C4端电压的直流连接电压。TR3至TR6之间形成一个换流器，其转换频率为1 kHz，通过后级整流器和电容器输出恒定的直流电压。

3 故障分析及处理

3.1 充电机测试检查

故障列车回库检查发现，将原本报故障充电机人为切除功能单独使用未报故障充电机时，当列车低压负载很低时，蓄电池电压稳定无变化，列车所有功能正常，充电机工作状态正常；当开启列车全部低压负载后，蓄电池电压急速下降直至蓄电池亏电，充电机切换至准备启动状态，未正常工作。依据此故障现象可以判断为蓄电池充电机故障。又由于在低负载条件下充电机能够正常工作，仅在高负载条件下出现工作状态异常，故此故障关键是找出充电机带负载能力异常的原因。

结合厂家给予的接线图进行检查，故障充电机内部各接线均稳固无松动、无断股。各接线线号与接线图均一致。故障充电机在故障试验时内部无任何烧焦味发出、各部件状态均良好。故障充电机与其他使用设备均相同。充电机部件状态及接线状态检查未发现任何问题。

将故障充电机与正常充电机进行对比检查发现，两者之间仅输出电路的电流传感器（电路编号U701、U702）型号不同。功能正常充电机电流传感器使用进口LEM电流传感器，而故障充电机使用国产TEG（宁波南车）电流传感器。而此电流传感器用于检测充电机的输出电流，与充电机带负载能力紧密相关。故怀疑本故障是由于国产电流传感器性能不能满足使用要求导致故障。输出电流检测电路简图如图3。

图2 充电机逆变整流电路简图

图3 输出电流检测原理图

3.2 电流传感器单独测试

A2/A3型车SMA充电机关键参数如下：

（1）输出功率25 kW；

图4 测试电路简图及实际测试图

（2）最大输出电流270 A；

（3）额定输出电流210 A；

（4）供蓄电池充电最大电流42 A。

两种电流传感器设计检测电流可达500 A，若要对电流传感器准确测试需要一个较大的电流源。由于作为运用部门设备有限，最后采用长城网星ATX-3000电脑电源提供大电流，此电源在5 V电压条件下可输出18 A电流。外接负载为一截电阻丝。测试电路简图及实际测试图如图4所示。

将LEM及TEG电流传感器各拆卸2个进行单独测试。测试负载电流为10 A左右，用长导线缠绕电流传感器5圈，以实现5倍负载测试电流。测试结果如表1所示。

两种电流传感器的设计比例参数均为2 500∶1，通过以上数据说明LEM电流传感器性能更好，TEG电流传感器数据同样符合使用需求并且状态正常。依据此检测结果排除电流传感器选型问题造成故障的可能。

3.3 电流传感器装机测试

排除电流传感器型号问题的可能后，将电流传感器重新装入故障充电机进行检测。外加电脑电源及接线对电流传感器提供大电流（与电流传感器单独检测同样方式），在110 V输出端装灯泡作为负载，负载电流I1=1.5 A。同时用充电机软件实时监测充电机数据，设监测软件中电流传感器U701检测总输出电流Ia，U702检测蓄电池充电电流I2，110 V负载电流I3=Ia-I2。

（1）U702电流传感器内外加通过I4=33 A电流，测试电路简图及软件测试数据如图5所示。

数据显示： Ia=1.6 A，I2=35.7 A，I3=Ia-I2＜0此种情况下为负显示为0 A；

实际情况：Ia=1.5 A；

（2）U701传感器外加I4=17.7 A电流

表1 LEM、TEG电流传感器测试结果

图5 测试电路简图及测试数据

数据显示：Ia=19.1 A，

实际情况：Ia=I1+I4=1.5 A+17.6 A=19.1 A，

（3）U701、U702同时在电流传感器外加I41=I42=10 A电流

数据显示：Ia=11.3 A，

实际情况：Ia（实际）=Ia+I41=1.5 A+10 A=11.5 A，

通过对监测数据分析发下蓄电池充电电流的测得值I2=1.5 A+U702外加电流值。而蓄电池充电电流实际值I2（实际）=1.5 A+U702外加电流值。测得值相对于实际值多出1.5 A。而测试电路中仅负载电路的实际电流I1值为1.5 A。又U701、U702的测得值显示位置与软件设计显示位置相同，故可排除充电机内电流传感器接线接反的可能。综合以上分析可推断故障充电机内110 V负载输出接线与蓄电池充电输出接线接反。由于蓄电池充电电流最大值仅为42 A，远小于110 V负载输出最大电流230 A，故在低负载及小电流条件下充电机能正常工作，大负载大电流条件下充电机工作异常。

4 故障处理

通过检测数据分析推断故障为充电机内110 V负载输出接线与蓄电池充电输出接线接反导致。再次检查充电机输出端插头接线，检查发现输出端插头各接线线号与厂家给予的线号表一致。为验证监测数据推断结论是否正确，将故障充电机内110 V负载输出接线与蓄电池充电输出接线互换后进行装车试验。试验表明互换输出端接线后充电机功能恢复正常。在满负载工作条件下充电机仍能提供足够功率，蓄电池电压稳定。故最终确认故障充电机虽然各线线号标示正确，但实际接线接反。

5 改进措施

本故障中带负载能力异常充电机不报任何故障信息，故障现象隐蔽，在日常检修中难以发现。针对此种情况特进行如下改进：

（1）本次故障中充电机超出最大输出功率后仅自动切换到准备模式而不报相应的故障信息，故要求厂家对相关控制诊断逻辑进行修改，增加对该工况下充电机报错功能；

（2）在电客车月检、半年检、年检检修规程中增加检查项目，专项检查采用冗余设计的各部件单独工作能力，确保各冗余部件在单独工作时能满足列车工作要求；

（3）由于本次错误接线为充电机出厂时就已存在，故在列车新车验收标准中添加相关检查考核项目，确保新车出厂状态。

6 结束语

由于采用冗余设计的列车部件正常情况下共同工作，如果其中某一个部件存在异常且在日常检修中难以发现，一旦列车正线出现某个部件故障，但备用部件不能满足列车运行需求时将造成极大的影响。故在电客车检修规程中增加冗余部件的单独运行能力检查项目是十分必要的。增加相关检查规程后陆续发现其他类似问题，充分保证了冗余设计部件的状态，提高列车正线运行的可靠性，保障运营服务质量。

［1］长春长客-庞巴迪轨道车辆有限公司.广州地铁A2、A3型电客车维修手册［Z］.2006.