广州地铁3号线车辆辅助逆变器常见故障浅析

最低电压
ＤＣ １ ０００Ｖ
最高电压（连续满负载）
ＤＣ １ ８００Ｖ
最高电压（短时满负载） ＤＣ ｌ ９５０ ｖ（５ ＩＩｌｉｎ以内）
额定输出功率
１４４ ｋＷ
输出ｌ和输出４
三相交流４００Ｖ，５０Ｈｚ
输出电压
三相交流４００Ｖ
输出频率
（５０±ｌ％Ｈｚ
额定输出
１４４ｋｖＡ
输出３
ＤＣ １１０Ｖ
输出电压
ＤＣ ｌｌＯＶ
图３ 辅助逆变器内部控制系统 ｌ——列车控制；２——辅助逆变器第１部分；３——二迸制输
入和输出；４——ＭｖＢ；５—ＣＡＮ—ＢＡＢＥ Ａ１５一Ｋ２２；６——主控
制器Ａ１５．Ｋ２ｌ；７——Ｒｓ２３２维护接口；８——ＣＡＮ；９——控制 模块ＰｗＭＩ Ｔ２２；ｌＯ——控制模块ＰｗＭＩ Ｔ２ｌ；１ｌ——控制模 块ＢＣ Ｔ２ｌ：１２——辅助逆变器第２部分；１３——主控制器Ａ５一 Ｋ１；１４———ｃＡＮ．ＢＡＢＥ Ａ５一Ｋ２；１５————控制模块ＢＣ Ｔ３；１６ ——控制模块ＰｗＭＩ Ｔｌ；１７——控制模块ＰｗＭＩ Ｔ２；１８—— 辅助逆变箱
路图如图２。
维护接口；５——ＭｖＢ．接口；６——紧急启动蓄电池；；７——模块控制单元；８——ＩＧＢＴ驱动程序； ９——ｓＩＢｃｏｓ主控单元；１０——ＩＧＢＴ逆变器模块；ｌｌ——滤波电容；１２——过压保护；１３——ＥＭＩ
收稿日期：２００７—０６—１５： 收修改稿日期：２００８一Ｏ卜１５
过滤器；１４——正弦滤波器；ｌ ５——变Ｋ器；１６——预充电电阻；１７——线性滤波电抗；ｌ ８一一主 接触器；１９——耦合接触器；２０——直流ｌ ５００ ｖ；２１——直流ｌ ５００ ｖ
关键词：地铁车辆；辅助逆变器；特点；故障分析 中图分类号：Ｕ２３ｌ：Ｕ２６６．２：ｕ２６４＋７２ 文献标识码：Ｂ 文章编号：ｌ ０００一ｌ ２８ｘ（２００８）０２—００５０—０４
辅助逆变器是地铁车辆上一个必不可少的关键电 气部件，它的作用是在车辆运行时直接与架空接触网 线相连接，由１ ５００ Ｖ架空线并行供电，向列车上空调单 元、通风机、空压机以及其他的三相负载输出３８０ Ｖ交 流电源，还输出直流１１０ ｖ辅 助电源用于蓄电池充电机 以及照明等电源的需求。辅 助逆变器故障会直接影响 空调机组、空压机、客室内 照明等正常工作，势必会严 重影响列车的正常运营。
指示）ｏ随后，Ｑ１断开，逆变器再次进入系统测试，过压 斩波环节动作，试验整个系统是否完全正常无损坏。过 压保护有斩波会使母线电压降至ＤＣ ６００ Ｖ左右，如果逆
变环节前端测试通过，Ｑｌ再次闭合进入充电模式，当母 线电压超过１ ４００ Ｖ并且Ｔ１３检测到的充电电流降到允许
范围内，晶闸管模块闭合，母线电压完成充电，与输入 电压相同。ＤＣ链接直流电压经过ＩＧＢＴ逆变模块和变压 器的逆变、变压过程，分别得到负载所需的３８０ Ｖ三相交 流电压和整流器输入端预期数值的三相交流电压。
辅助逆变器设计为一个双辅助逆变器且２个部分 可单独控制。
ＳＩＢＣｏＳ—Ｍ１３００主控制器负责辅助逆变器的高层功 能。它通过车辆多功能总线（ＭＶＢ）将信号发送至车辆 控制单元（ｖＣｕ）ｏ一部分的辅助逆变器内部通信是经由 本地ＣＡＮ总线实现的。２个主控系统均通过ＭＶＢ相连。 ２．２辅助逆变器的功能特点 ２．２．１冗余运行
Ｑ１闭合，输入电流经过主接触器Ｑ１、输入电抗器Ｒ４、滤 波磁环Ｖ９、充电二极管ＱＩ匡／Ｑ７／Ｑ８／Ｑ９及充电电阻Ｒ５，Ｒ６、 充电电流传感器Ｔ１３、母线电流传感器Ｔ１２，向母线电压 电容充电，母线电压从０Ｖ充电至１ ４００Ｖ只需要约１ ｓ，当 母线电压充电至ＤＣ ｌ ４００ Ｖ左右时，晶闸管会短暂闭合 完成最后充电（闭合时间短于１ ｓ，位于晶闸管模块驱动 电路板共有２个绿色ｕ’Ｄ，其中一个是电源，另—个开通
万方数据
第２期
冯健康：广州地铁３号线车辆辅助逆变器常见故障浅析
几个：
①２个模块ＰｗＲ与Ｐｗｓ的电容量相差较大；
—５０ 万一方数据
第２期
冯健康：广州地铁３号线车辆辅助逆变器常见故障浅析
１）辅助逆变器运作的前提条件 ①激活蓄电池时，“ＡＰｃ）【－Ｉｎｖｅｎｅｒ．ＩＤｎ”激活信号由 ＶＣＵ传送到辅逆主控单元Ｍ１３００； ②输入网压在１ ０００一１ ８００Ｖ的合理范围内； ③Ｍ ｌ ３００检查辅助逆变器本身无故障并将此信息 反馈回ＶＣＵ。 ２）工作原理 当辅助逆变器运作的前提条件满足后，主接触器
动蓄电池。其中供电模块包 括：脉宽调制逆变器１、脉宽 调制逆变器２、蓄电池充电
器。其他零件及其布置位置
如图１所示。
１．２辅助逆变器的工作原理
图２ 辅助逆变器的工作原理图
辅助逆变器的工作电 １——直流输出３ １１０ Ｖ；２——乏相交流输出４ ４００ Ｖ；３——三相交流输出ｌ ４００ Ｖ；４——Ｒｓ２３２
２００８年第２期 ２００８年３月１０日
城市轨道车辆
机
车
电
传
动
ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＤＲＩＶＥ ＦＯＲ ＬｏＣＯＭＯＴＩＶＥＳ
№２．２００８ Ｍａｒ．１０．２００８
广州地铁３号线车辆辅助 逆变器常见故障浅析
冯健康
（广州地下铁道总公司运营总部车辆部， 广东广州 ５１０３８０）
摘要：介绍辅助逆变器在广州地铁３号线车辆Ｅ的应用 及其特点，分析３号线车辆在运营初期辅助逆变器存在的一些 常见故障，并针对性地提出相应的解决方案。
１）ＶＬＳ，ｉｎｐｕｔ充电环节 一般来说，故障信息“ＶＬｓ／ｉｎｐｕｔ”指示了由于预充 电过程中发生的故障： ①预充电电流不当（充电电阻短路／断路，造成充 电电流过大或者预定时间内未能完成充电）。 ②晶闸管损坏，伴有“Ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ”故障信息。当流过 晶闸管的电流与输入总电源相差较大时，即充电电流 传感器．Ａ３．Ｔ１３或一Ａ１３．Ｔ１３上流过的电流较大，此时可 能的原因是：晶闸管故障致使导通压降过大；预充电 二极管短路使得充电回路导通；充电电流传感器损坏 或故障使其输出不当。 另外，“ｖＬＳ／ｉｎｐｕｔ”还指示另一层故障，即“２个模 块的预充电电压不均衡”。导致这一不均衡的原因有
电压限值
ＤＣ ７７—１３７．５ Ｖ
额定输出
２×１６ｌ【Ｗ
输出电流
２×１４５ Ａ
辅助逆变器位于一个安装在地板下的可拆卸的不 锈钢机箱中。该机箱通过ｌ ６个螺钉连接安装在车体上。 箱子内部（侧面和顶部）使用的是铝材。保养和维护盖 板位于面向车体的一面以及箱子的底部。电缆通过维护 盖板之间的米制电缆密封管从辅助逆变器的长边进入。
③为防止反复发生的非致命性故障损坏系统，使 用一个重置计数器来监控严重故障发生以后重置的次 数。系统启动后，该计数器有一个特定的初始值，该初 始值会根据故障的严重程度按某一量值递减。如果重 置计数器的设置值小于零，主控系统就会锁定。如果 重置计数器的设置值大于零，一旦故障标志不存在， 故障已经消除，系统就会试图重置。如果至少有一个 模块处于正常运行模式，重置计数器的设置值每２０ ｓ 增加一个点直到最大值。每一个模块也有一个重置计 数器，它们按照相同的原则工作。 ３．２辅助逆变器的故障原因分析
辅助逆变器的供电组块使用强制风冷进行冷却。 辅助逆变器采用模块化设计，很容易进行系统维护。 各个模块、安全设备和电源模块均可不借助任何专用 工具实现迅速更换。
２辅助逆变器内部控制与功能特点 ２．１辅助逆变器的内部控制
辅助逆变器的内部控制系统是由ＳＩＢＣＯｓ—Ｍ１３００主 控制器、ＳＩＢＣｏＳ—Ｍ２０００模块控制器以及ＳｍＣｏＳ．Ｍ９０００ ＣＡＮ节点构成。Ｍ１３００是辅助逆变器的高层控制系统， Ｍ２０００是集成在ＰＭＭＩ或者蓄电池充电机中的控制模 块，Ｍ９０００则属于双位输入输出的子控制系统。一些二 位输入输出控制信号可以通过列车硬线与Ｍ１３００和 Ｍ９０００实现传输，ｖｃｕ与Ｍ１３００、Ｍ１３００与Ｍ１３００之间通 过ＭＶＢ传输信号，Ｍ１３００与Ｍ２０００、Ｍ１３００与Ｍ９０００、 Ｍ２０００与Ｍ９０００之间则通过ＣＡＮ总线通信。
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图４ Ａｃ ４００ ｖ单个系统出现故障时的负载分布 ＨｖＡＣ——加热、通风及空调负载；Ｔｒａｃｔｉｏｎ Ｂｌｏｗｅｒ——主传动通风机；ＡＩＲ ＣｏＭＰＲ——空气压缩机
冗余运行时，故障部分的输出接触器断开，耦合 接触器闭合。两部分ＡＣ ４００ Ｖ负载由１个逆变器系统供 电。冗余运行被激活前，列车会通过ＭＶＢ总线及ｚｓＧ负 载管理系统，适当切断部分负载以确保单逆变器系统 供电时不会超负荷。
当辅助逆变器其中一部分发生故障时，该部分会 自动尝试重新启动；若重复若干次后仍无法启动。则 该部分会断开其输出接触器，同时ＡＰｃｘｊｎｖｅｒｔｅｒ－ｏｎ信 号被断开，从而冗余运行状态被激活。
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整流器输入端预期数值的三相交流电压，经过整 流器和蓄电池充电机的整流、变换过程，得到负载所 需的ｌｌＯ ｖ直流电压。 １．３辅助逆变器的结构特点
１）机械数据
尺水长×宽×高） ３４００ｍｍ×１９６０ｍｍ×６８７ｍｍ
安装点数
１６
质量 ２）电气数据
２３８５ｋｇ
输入电压
、ＤＣ １ ５００Ｖ
额定电压
ＤＣ ｌ ５００Ｖ
图ｌ 辅助逆变器结构
１——风扇Ｍ２１；２——ＥＭｃ过滤器铁氧体磁心组件ｖ２９；３—— 直流输入电压传感器Ｔ２９；４——直流主接触器Ｑ２１；５——电 抗器Ｒ２４；６——ＥＭｃ滤波电容Ｖ３ｌ、Ｖ３２；７——Ａｃ交流输出接 触器Ｑ２２；８——ＯＶＰ电阻Ｒ３３、Ｒ３４；９——牵引变压器Ｔ２４；１０ ——半卣流连接电肤传感器Ｔ３０；１１——牵引变压器Ｔ２４；１ ２ ——进风口温度传感器Ｒ４０；１３——ＢＣ电抗器Ｒ３５；１４——电 抗器Ｒ４；１５——Ｊ虱扇Ｍ１；１６——ＥＭｃ滤波电容ｖｌｌ、ｖ１２；１７ 一一ＥＭｃ过滤器铁氧体磁心组件Ｖ９；ｌ ８——ＤＣ直流输入电压 传感器Ｔ９；ｌ ９一～直流主接触器Ｑｌ；２０——交流输出接触器
３ 辅助逆变器的常见故障与处理
３．１ 辅助逆变器的故障表现 系统中的部件如果发生故障，ｓＩＢＣＯＳ—Ｍ１３００主控
和模块控制单元能够识别并对故障做出反应。如果确 认其中一个模块发生某个故障，首先应切断所有受影 响的部件，以保护系统以及所连接的负载。
按照类型和影响程度区分故障之后系统的反应方
，
式如下：
２３—仁直流连接电压传感器Ｔ１ Ｑ２；２ｌ——交流输出接触器Ｑ３；２２——０ＶＰ电阻Ｒ１３、Ｒ１４； ０；２４——进风口温度传感器 Ｒ２０；２５——Ｂｃ电抗器Ｒ１ ５
１ 辅助逆变器的工作
原理及结构特点
１．１辅助逆变器的组成
３节车编组的车辆中２
个辅助逆变器对称地安装 在箱体内，左右对称。辅助 逆变器包括电子元件、开关 元件和安全元件、各种监控 设备，功率模块以及紧急启
．①如果是微小错误，受影响的部件在错误排除之 后通常会自动重启。
②如果模块中的错误比较严重，受影响模块的控 制系统会切换到“ｌｏｃｋｅｄ”（锁定）模式。如果故障影响 整个逆变器的运行，主控系统会切换到“ｌｏｃｋｅｄ”（锁 定）模式。这意味着受影响模块或者整个系统不能自 行重新启动。为排除上述故障，必须由维修人员进行 检修。在切断控制系统电源或者进行软件重置之后 “ｌｏｃｋｅ ｄ’，（锁定）模式被取消。
负载分布情况见图４。 当某一系统发生故障时（如图所示”Ｆａｕｌｔｖ”的辅助 逆变器１），则通过列车总线ＭＶＢ配置负载，显示“ＯＦＦ” 的负载将被切除以避免辅助逆变器２过载保护。 ２．２．２辅助逆变器的紧急启动 在辅助逆变器的单无中，有一个永久蓄电池，它 能提供１１０ Ｖ的电压，列车正常工作蓄电池电压满足激 活条件时是不需要使用的。当蓄电池电压低于８５ ｖ时， 列车激活按钮无法正常激活列车时，通过操作蓄电池 紧急启动按钮为列车提供激活的电源。应当保持蓄电 池紧急启动按钮在闭合位置足够时间，只有当辅助逆 变器显示出载荷已经由永久蓄电池供给并开始Ｔ作， 必要时可以通过分断一些不必要负载的微型断路器确 保永久蓄电池的供电效能。 ２．２．３蓄电池的充电特性 ３号线列车共有２个蓄电池箱，每一个蓄电池箱里 容纳４０个ＦＮＣ ２０２ ＭＲ型蓄电池单元，两边一共是８０个， 每个蓄电池单元的额定电压是１．２ Ｖ，所有蓄电池单元 串联而成的额定电压为９６ Ｖ。