充電電阻故障改進措施

　　1. 引言

　　本文以深圳地鐵1 號線一期工程列車牽引逆變器充電電路為研究對象，介紹深圳地鐵列車牽引逆變器充電電路的工作原理，充分分析充電電阻燒損的原因，指出充電電路設計上存在的問題和缺陷，提出設計的新思路和改進措施。

　　2. 充電電路的工作原理

　　2.1 牽引系統(tǒng)的介紹

　　深圳地鐵1號線列車是由4動2拖車組成的6列編組的列車，每列車由兩個相間的三車單元(A-B-C-C-B-A)構成。B車和C車為動車，具有相同的、獨立的列車牽引設備。牽引系統(tǒng)其主要功能是把DC 1500V 電壓逆變成帶有可變振幅和頻率的三相電壓，用于的牽引和制動牽引電機，產生牽引力或制動力，將電能轉換成機械能或將機械制動能量轉換成電能，實現(xiàn)牽引或再生制動。一節(jié)車的牽引系統(tǒng)電路圖如圖1所示，其主要由高速斷路器、電抗器、充電電路、電機逆變器、牽引電機(4個)、制動電阻器、接地碳刷等組成。紅色框的為牽引逆變器的充電電路。

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　　圖1 單個牽引系統(tǒng)電路圖

　　2.2 充電電路的工作原理

　　為了使電機逆變器與外部供電線路DC 1500V 進行連接或斷開，每個電機逆變器使用一個線路高速斷路器和一個充電電路，充電電路帶有一個線路接觸器，一個充電接觸器及充電電阻器。充電電路的充電順序如圖2 所示，按壓高速斷路器的"合"按鈕，高速斷路器閉合，電機逆變器的牽引控制單元(DCU/M)控制充電接觸器閉合，外部供電通過充電接觸器和充電電阻器對電機逆變器的電容器進行充電，閉合2S 后，DC LINK 電壓充電升至1000V 以上，線路接觸器閉合，線路接觸器投入工作，延時1S 后，斷開充電接觸器，再延時1S 后，電機逆變器啟動投入正常工作。電機逆變器正常工作期間，線路接觸器常閉合，充電接觸器處于斷開狀態(tài)。

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　　圖2 充電順序圖

　　3. 充電電路故障分析

　　從上面充電電路的工作原理可以看到，充電電路只是在電機逆變器啟動開始階段進行一次邏輯關系的閉合。電機逆變器工作期間，線路接觸器處于常閉合的狀態(tài)， 充電接觸器處于斷開的狀態(tài)。充電電路的充電接觸器和充電電阻器，工作的時間和頻率相當少，一天只是2至3 次的啟動，按理故障率應該相當小。但在深圳地鐵1 號線一期工程的列車中，電機逆變器的充電電路故障共發(fā)生35 件，其中充電電阻器燒損32 件，充電接觸器故障3 件，充電電阻器燒損故障為充電電路故障的主要故障。下面重點分析充電電路的充電電阻燒損故障。

　　4. 充電電阻燒損故障分析

　　4.1 充電電阻故障與列車無關

　　深圳地鐵1 號線一期工程共有列車22 列，列車按列車號順序先后交貨，相隔2 年時間，充電電阻燒損故障在22 列車中共有11 列車發(fā)生故障，故障列車分布散開，同一列車發(fā)生1-3 個充電電阻故障(1 列車共有6 個充電電阻器)，沒有集中列車現(xiàn)象，所以，充電電阻燒損故障與列車無關。

　　4.2 充電電阻故障多發(fā)生于使用一定時間后

　　根據(jù)故障情況統(tǒng)計，充電電阻燒損多發(fā)生于使用8 個月至18 個月之間，在時間分布上說明充電電阻是在使用一段時間后產生的故障，但也不能說明充電電阻使用一定時間后，一定會發(fā)生燒損故障，因為102 車和105 車目前已使用超過2 年半的時間，但從未發(fā)生過同類故障。22 列車中有11 列車未發(fā)生充電電阻故障，所以與列車無關。

　　4.3 充電電阻故障與操作無關

　　我們對充電電阻發(fā)生燒損故障時的作業(yè)操作進行調查，故障多發(fā)生于電機逆變器啟動閉合充電接觸器時，充電電阻就燒損，多數(shù)為一次性操作就發(fā)生故障，與操作手法和次數(shù)無關。

　　我們曾試驗連續(xù)多次分斷高速斷路器，來多次啟動電機逆變器，并未出現(xiàn)充電電路燒損現(xiàn)象。

　　并且電機逆變器控制對充電電阻過熱有保護功能。我們多次試驗證明多次充電后，充電電阻過熱保護功能起保護作用后，充電電阻并未燒損。因此，充電電阻燒損故障與操作無關。

　　4.4 充電電阻故障發(fā)生具有瞬間性特點

　　我們下載了DCU/M 的故障信息進行分析，故障信息代碼為充電失敗故障，查看環(huán)境信息，當時充電接觸器閉合后，DC-LINK 電壓沒有上升，500ms 后，充電接觸器斷開，檢查充電電路線路均正常，說明在充電接觸器閉合時，高電壓進入充電電阻器瞬間，充電電阻器就燒損。我們對多次故障的調查和分析，多次表明充電電阻燒損只是在閉合的瞬間就燒損，具有瞬間燒損的特點。

　　5. 充電電阻燒損原因分析

　　根據(jù)車輛技術資料和實際測量結果得出以下參數(shù)數(shù)據(jù)：充電電阻j 由電阻合金絲繞制而成，充電電阻R=50Ω，電氣絕緣值為350MΩ，電容器C=4Mf,電壓從25V 充電到1508V的所需時間為557ms,根據(jù)電容充電電流計算公式：

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　　電阻功率為 P=I2*R=(10.6)2*50=5618(瓦)

　　根據(jù)供貨商(BOMBARDIER)提供的關于充電電阻性能測試的試驗報告，充電電阻在正常充電情況下，一次充電可使電阻溫度升高約100℃，而電阻充電后的溫度下降較慢，充電電阻的溫度從300℃下降到200℃需要5 分鐘的時間，溫度從300℃下降到140℃需要15分鐘的時間[3].所以，充電電阻雖然只是瞬間充電，但實際是一個大功率電阻元件，在充電瞬間產生較大的熱量且難以散發(fā)出動。電阻燒損較多，我們對充電電阻進行解體檢查，發(fā)現(xiàn)充電電阻存在以下問題：