CRH6F型动车组牵引变流器四象限输入过流故障的整治方案

项目名称CRH6F型动车组文件名称牵引变流器四象限输入过流故障的整治方案文件编号提交目的报中国铁路动车组技术中心摘要：CRH6F型动车组在运营过程中报出牵引变流器四象限输入过流故障，经调查发现，原因是四象限启动重数发生变化后，四象限会重新进行载波移相的相位角度分配，在网压信号过零点时刻进行载波移相可能造成载波异常，从而导致报出四象限输入过流故障。编制校核审核主管总体批准更改履历更改标记日期更改内容CRH6F型动车组牵引变流器四象限输入过流故障的整治方案CRH6F型动车组牵引变流器四象限输入过流故障的整治方案第1页共9页CRH6F型动车组牵引变流器四象限输入过流故障的整治方案1.问题描述截止2018年6月29日，CRH6F型动车组牵引变流器二重四象限输入过流故障共发生三起：2018年5月10日，配属广州局长沙动车所CRH6F-0410列动车组担当C6957(湘潭-长沙西)次交路，01车主控，升06车受电弓。9:53分HMI屏报02车牵引变流器故障[1527]、二重四象限输入过流[1105]。2018年6月17日，配属广州局长沙动车所CRH6F-0410列动车组担当C7684次（株洲南-长沙西），16:24分02车报牵引变流器故障[1527]、二重四象限输入过流[1105]。2018年6月25日，配属广州局长沙动车所CRH6F-0411列动车组担当C7872次（株洲南-长沙西）交路，01车主控。19：14分02车报牵引变流器故障[1527]、二重四象限输入过流[1105]。2.原因分析2.1控制原理1)故障判定条件四象限输入过流：当四象限输入电流瞬时值大于1900A时，牵引变流器报二重四象限输入过流故障（故障代码：1105）。牵引变流器故障：为总故障，当网络检测到牵引变流器上报需要断开主断的故障时，报出牵引变流器故障（故障代码：1527）。2.2现车调查分析情况1）状态检查检查故障车牵引变流器内二重四象限模块外观状态正常，各接线压接CRH6F型动车组牵引变流器四象限输入过流故障的整治方案CRH6F型动车组牵引变流器四象限输入过流故障的整治方案第2页共9页良好。检查故障车牵引变流器DCU机箱各连接器状态正常，各状态指示灯正常。将故障车DCU机箱LCC板卡（四象限控制板）拆下检查，外观无明显异常。2）网络数据分析5月10日故障时数据：09:52:55时列车速度由9.74km/h变为13.15km/h。09:52:56时01车VCB断开，断开原因为02车报二重四象限输入过流故障。图1WTD数据分析6月17日故障时数据：16:23:59时列车速度由9.72km/h变为10.25km/h。16:24:02时01车VCB断开，断开原因为02车报二重四象限输入过流故障。图2WTD数据分析（一）CRH6F型动车组牵引变流器四象限输入过流故障的整治方案CRH6F型动车组牵引变流器四象限输入过流故障的整治方案第3页共9页图2WTD数据分析（二）6月25日故障时数据：19:14:38时列车速度由9.6km/h变为10.57km/h。19:14:41时01车VCB断开，断开原因为02车报二重四象限输入过流故障。图3WTD数据分析3）DCU数据分析三起四象限输入过流故障的DCU故障数据均类似，以6月17日CRH6F-0410列2车第二重四象限输入过流故障数据进行分析说明。通过对故障分析发现，故障前02车变流器仅启动第二重四象限（整列车共4重四象限启动），整车速度大于10km/h后，02车未启动的四象限开始启动（此时整车未启动的四象限也同时启动），由只启动一重转变为第一、二重均启动，1040ms（网络将整车其余四象限启动状态传输给DCU需要1040ms）后出现四象限输入过流。列车在第一重启动转变为第一、二重启动后，根据网络传递给变流器的整车启动四象限重数，四象限会重新进行载波移相的相位角度分配，分配时刻恰好网压信号处于过零点时刻，此CRH6F型动车组牵引变流器四象限输入过流故障的整治方案CRH6F型动车组牵引变流器四象限输入过流故障的整治方案第4页共9页时第二重四象限出现输入过流现象。图4故障时刻四象限记录实时波形（一）图5故障时刻四象限记录实时波形（二）2.3地面调查分析情况根据以上分析，故障发生工况为：故障发生在变流器在四象限启动重数发生变化时，四象限重新进行载波移相的相位角度分配，恰好网压信号过零点时。依照此工况，在试验室搭建半实物仿真平台，进行了半实物仿真验证，模拟在四象限启动过程中发生启动重数变化。CRH6F型动车组牵引变流器四象限输入过流故障的整治方案CRH6F型动车组牵引变流器四象限输入过流故障的整治方案第5页共9页图6搭建的模拟现场工况的半实物仿真台5月10日-5月20日期间半实物仿真模拟实验模拟出一次故障，发现仅在网压信号过零点时刻进行相位角度重新分配过程中，才会出现与现场故障一致的故障现象，现场故障得以重现。图7(a)半实物仿真模拟实验故障波形CRH6F型动车组牵引变流器四象限输入过流故障的整治方案CRH6F型动车组牵引变流器四象限输入过流故障的整治方案第6页共9页图7(b)仿真模拟故障波形-PWM脉冲分析四象限PWM脉冲产生是通过调制波和载波比较生成，正常的脉冲调制过程为：调制波载波桥臂上管导通，下管关断；调制波载波桥臂上管关断，下管导通；从半实物复现的过流故障波形分析（如图7a、b），当载波出现重置异常后，载波一直大于调制波，造成四象限模块A、B两桥臂上管关断，下管持续导通（A桥臂下管IGBT导通，B桥臂下管续流二极管导通），从而导致四象限电路持续处于短路状态,PWM脉冲电压（a2、x2点之间的电压）一直为0，四象限输入电流迅速增大至1900A，触发过流故障，故障时刻，IGBT的换流状态如图8所示。CRH6F型动车组牵引变流器四象限输入过流故障的整治方案CRH6F型动车组牵引变流器四象限输入过流故障的整治方案第7页共9页图8故障时刻第二重四象限电路原理图四象限载波重置在整个网压信号周期任何一个时刻都有可能，该故障仅载波重置时恰好网压信号在过零点时才会发生，对于整个网压信号周期而言概率极小。通过仿真及故障时刻的数据分析，关于异常原因为：受DCU信号离散性采样的限制，网压信号过零点的时刻DCU无法准确判定，存在偏差。如果载波重置恰好在过零点进行，由于网压信号过零点判断存在偏差，会导致载波重置出现异常，进而引发PWM脉冲异常，导致四象限过流故障发生。2.4分析结论通过对故障数据分析，搭建半实物仿真平台模拟现场工况试验，结果显示：只有在网压信号过零点进行四象限载波相位更新操作才可能引起载波异常，进而造成四象限过流现象，由于该操作执行时刻恰好处于网压信号过零点对于整个网压信号周期而言属于极小的概率，因此也验证了该故障属于偶发性故障。相对于整车工况，需要在变流器由静止加速至速度大于10km/h过程中，同时网压信号过零点，故障概率更小。3.整治方案3.1临时过渡措施CRH6F型动车组牵引变流器四象限输入过流故障的整治方案CRH6F型动车组牵引变流器四象限输入过流故障的整治方案第8页共9页3.2整治方案（1）改进方案针对网压信号过零时刻进行载波相位重新分配会引发过流故障现象，对软件进行优化，在四象限重新进行载波移相的相位角度分配时避开网压信号过零点时刻，以防此类故障发生。对牵引变流器DCU软件进行优化，软件版本由V40.7.F提升至V40.8.0。（2）地面试验验证5月23日-6月18日在试验室依照故障发生工况，再次对软件进行半实物仿真模拟测试，未出现故障，软件工作正常。图9软件优化后的正常运行波形3.3安全评估表1：整改前后安全风险评估序号影响范围整改前整改后1四象限控制在车速上升到10km/h以上时，由一重四象限启动变为两重四象限启动，如此时正好为网压过零点，则可能造成载波异常，导致四象限输在四象限重新进行载波移相的相位角度分配时避开网压信号过零点时刻，不会发生输入过流故障。CRH6F型动车组牵引变流器四象限输入过流故障的整治方案CRH6F型动车组牵引变流器四象限输入过流故障的整治方案第9页共9页入过流。3.4方案评审4.整治计划4.1整治车型CRH6F型动车组4.2整治范围余姚（CRH6F-0418、0419），共2列长株潭（CRH6F-0409～0413），共5列石长线（CRH6F-0430～0432），共3列长株潭增购（CRH6F-0433～0435），共3列4.3整治方式结合运用修对软件进行升级。4.4实施计划见申请单5.作业指导书无6.对检修运用的影响说明对司机操作、应急处置无影响。对运用修及高级修无影响。7.上线试验及运用考核方案建议计划选取广州局长沙动车所CRH6F-0410动车组进行为期一个月的考核验证。考核期间，观察列车运营时有无报出牵引变流器四象限输入过流故障。若考核期间内无此故障发生，则对剩余车辆牵引变流器DCU软件进行升级。8.技术变更类别CRH6F型动车组牵引变流器四象限输入过流故障的整治方案CRH6F型动车组牵引变流器四象限输入过流故障的整治方案第10页共9页8.1故障属性属于影响运营秩序类。8.2变更类型属于软件类变更。8.3变更类别根据《中国铁路总公司关于印发动车组源头质量问题整治管理暂行办法的通知》（铁总运〔2017〕206号），以上变更为Ⅱ类变更。