文志远

（广州地铁集团公司运营事业总部，广州 510310）

0 引言

辅逆系统是地铁车辆非常重要的一个系统，广州地铁二号线电客车辅逆系统采用的是西门子公司生产的辅逆系统，通过将接触网内的电压转变成不同等级的交流电[1]，利用列车的电缆传输给地铁各个设备供电。但该系统为德国进口设备和诊断逻辑软件，受到国外科学技术的垄断。为研究德国西门子公司地铁辅逆系统非常见故障、诊断逻辑设计、故障解析原理，通过对故障现象、事件记录仪数据、状态监测、逻辑设计等进行分析，从而找到造成中间电压过压的根本原因，实现对地铁辅逆故障的处理，并学习故障诊断设计理念，总结经验，为国内外同类型故障提供参考依据。

图1 故障时刻车辆屏图标

1 故障概况

近期，广州地铁二号线电客车出现整列车辅逆黄点，充电机不工作故障信息，部分空调黄点，列车制动及惰行时有前后晃动情况[2]，后续列车自动恢复。查看列车车辆屏信息显示辅逆图标黄色、空调图标黄色等。故障时刻车辆屏图标如图1所示。

2 故障基本信息

查看车辆屏故障履历及CCF，列车在09:16:48开始报了多节车空调中等故障；09:17:00-09:17:24报制动系统速度限制。查看TCF，列车在09:16:46报4节动车的牵引风扇监控：AC400 V不可用[3]。车辆屏故障信息如图2所示。

图2 车辆屏故障信息

3 故障查找

3.1 数据

下载并分析事件记录仪数据，列车在09:15:46网压有一个小尖峰变高，此时列车处于制动工况，而后快速下降，在09:16:47时网压达到最低1 408.2 V。正线事件记录仪记录的网压正常情况下不会有尖峰突变，可能是由于列车受电弓与接触网有短暂的脱弓，导致制动反馈的能量无法传输给电网，造成网压升高。事件记录仪数据如图3所示。

由于事件记录仪的记录周期较长，因此下载并分析辅逆数据可知，辅助系统输入电压开始升高，瞬时最高达到2 400 V[4]，如图4所示。

图3 事件记录仪数据

图4 辅逆故障数据的电压值记录

图5 A4型车1 500 V主回路原理图

3.2 故障逻辑

A4型车6节车辅助逆变器供电输入端并联在一起，与牵引逆变器[5]供电输入端以大功率二极管隔离。

由于列车在三元里下行进站区间的某一位置，接触网和受电弓配合不良，导致列车受电弓和接触网出现了短暂分离。此时，列车刚好处于制动状态（电制动），牵引系统向接触网反馈电能[6]，由于受电弓与接触网断开，电能无法回流，根据电流特性，牵引反馈的电流流向辅助系统，如图5所示，此时辅助系统输入电压开始升高，瞬时最高达到2 400 V。

A4型车辅助系统的过压逻辑保护条件：当input voltage＞2 080 V，2 s或者input voltage＞2 100 V，0.2 s或者dc-link voltage＞1 800 V，20 s或者dc-link voltage＞1 900 immediately。

当辅助系统的输入电压达到2 100 V时，辅逆封锁输出，此时全车辅逆黄点，没有380 V输出。但由于滤波电容稳压作用，没有达到牵引系统的过压保护阀值，因此辅逆端的电压继续升高。而后接触网与受电弓配合恢复正常，电流不再流向辅逆系统，输入电压下降，辅逆系统恢复正常。

由于列车没有380 V电源，导致全部牵引报“牵引封锁监控：AC400 V不可用”故障，该故障会导致牵引出现线电流限制[7]，电制动力会变小，而机械制动会补气，由于机械补气反映稍慢，导致列车出现抖动。

3.3 故障时刻网压

查看列车运行图，故障时列车处于2A8供电区间，该供电区间上行列车有133134、141142、105106、131132，下行列车有037038、125126、111112、041042。除了037038车无该时间段事件记录仪数据、111112正线停放未回厂外，分析故障时刻，以上列车工况与网压均在1 700 V以下，具体情况如表1所示。

表1 列车工况与网压

图6 辅逆故障数据的电压值记录

观察与故障时刻041042车相邻的111112车在故障前后多个站事件记录仪网压波形，网压最大值约为1 800 V，属于正常范围内，未出现网压偏大或者波动剧烈的情况。辅逆故障数据的电压值记录如图6所示。

由该供电区间列车工况数据可知，当时接触网电压正常，041042车全车辅助逆变器检测网压过高应为弓网关系不良时导致牵引系统反馈的电能流向辅助系统所致。

3.4 历史故障

核实近两年来的故障数据发现，2018年至今，A4型车在三元里下行进站时共发生5次因弓网关系不良导致全车辅逆黄点故障，每次车号均不一致，而其余站点位置未出现过该问题。可对该线路区段进行专业性弓网检测，确认接触网的可靠性及稳定性。故障数据如表2所示。

表2 故障数据

3.5 检查情况

检查2B042车受电弓有轻微打火痕迹，两端受电弓参数正常，辅助逆变器功能正常，空调系统功能正常。

4 A4、A5型车牵引辅助系统过压保护逻辑说明

4.1 A4型车牵引过压保护逻辑

当线电压（牵引系统检测）大于1 980 V时，延时2 000 ms，会报出“线电压过高”信号，此时高断会跳开。A4牵引系统过压保护逻辑如图7所示。

图7 A4牵引系统过压保护逻辑

4.2 A4型车辅逆过压保护逻辑

A4型车辅逆系统一共在2处设置有过压保护[8]点：一是逆变器的输入端电压保护，设定阀值为1 800 V且持续20 s或1 900 V瞬时，如图8所示；二是辅逆整机的电压保护，设定阀值为2 080 V且持续2 s或2 100 V且持续0.2 s，如图9所示。

图8 逆变模块的输入电压保护

图9 辅逆整机的电压保护

4.3 A5型车牵引过压保护逻辑

网压或中间电压U＞2 000 V且持续500 ms；U＞2 350 V瞬时，保护动作。

4.4 A5型车辅逆过压保护逻辑

网压或中间电压峰值大于2 350 V，或者有效值大于2 200 V并小于2 350 V持续时间超过50 ms，或者有效值大于2 100 V并小于2 200 V持续时间超过100 ms，保护动作。当输入电压恢复到1 750 V以下并保持3 s以上时，SIV自动重启。

5 结束语

本文针对广州地铁二号线列车出现整列车辅逆黄点故障，充电机不工作故障信息，部分空调黄点，且列车制动及惰行时前后伴随有列车晃动现象，通过对列车事件记录仪数据、诊断逻辑图等进行分析，得出造成此故障的根本原因为外部受流异常引起，地铁受电弓与接触网接触不良造成整车辅逆输入电压瞬间失压，从而引起中间电压过压故障。通过采取有效措施对接触网与受电弓进行检查，从根本上解决了问题。