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[摘要]本文主要对列车供电系统的逆变电源的一般故障进行分析,并根据实际情况提出了相应的解决措施及建议。
[关键字]逆变电源IGBT模块过分相 充电电阻排
列车供电系统是铁路机车车辆工程中的重要系统,在吸取国外先进列车供电系统特点的基础上,根据中国旅客列车的具体情况,进行了优化设计。利用接触网电能通过机车给旅客列车供电,以实现提高列车运输能力、节能、环保和列车运行高速化的目的。随着DC600V供电客车投入运用,车下逆变电源工作的稳定性及可靠性直接影响列车的运行品质。客车运行途中,曾多次发生因逆变器故障使车内空调机组、电茶炉等交流电器设备停止工作而影响铁路良好的形象。近年来对DC600V供电客车逆变电源运用的故障情况进行统计、分析,发现引起逆变器故障的原因主要由于其内部启动主回路充电电阻排、电容及IGBT模块损坏引起逆变器输出故障,以下对充电电阻排、电容及IGBT模块等电器元件损坏的原因具体分析如下。
1逆变电源常见故障及原因分析
1.1电容及IGBT模块损坏
逆变器是将供电机车从接触网受电后经变压、整流后的直流600V变换成三相380V、50 Hz 交流电的设备,以满足车辆设备用电需要。逆变器采用电压型桥式逆变电路,其功率开关器件为IGBT元件,并具有贯穿短路、过压、欠压、过流、散热器过热等保护功能以及IGBT 元件故障和电子控制故障检测功能。为解决散热及防雨雪、防风、防脏物、防飞石碰撞问题, 变流器采用整体密封、整体散热的箱体结构。逆变器具有延时(15s)输出功能,列车过无电区时,变换器采用VVVF自动控制启动方式,电动机启动电流冲击小。但过分相时,经常造成一二路供电电压过压,过完分相重新供电时电压脉冲值较高,且不稳定,频繁的过电压冲击易造成充电电容故障,导致逆变器不工作,甚至造成充电电容炸裂,电解液溅入IPM或IGBT 等功率模块内部,造成IGBT模块等电器元件损坏,导致逆变器更严重的故障。
1.2充电电阻排损坏
逆变器输入的额定电压为直流600V ,过压保护为720V,负压保护为500V,综合控制柜内逆变器控制开关合上后,接触器KM1动作,通过充电电阻排R1(该电阻采用2组10只阻值为150Ω的绕线电阻并联再串联焊接而成,阻值为30Ω)对电容C1、C2进行充电。充电结束后逆变器主控板发出指令,接触器KM2动作,短路充电电阻排R1,逆变器开始工作输出三相交流电。当逆变器输入电压波动较大时(电压波动范围超过DC500～DC720V),接触器KM2不动作,母线对充电电阻排R1反复充电,很容易造成R1发热损坏,造成逆变器故障,也会造成绕线电阻表面的漆包线碳化,引起逆变器主回路电气元件绝缘不良。逆变器电容充电电路如图1。
1.3逆变器其他故障造成逆变器损坏
逆变器散热风道与电器柜间有焊缝,当散热风道出口的隔栅的运动方向与列车运行方向一致时,列车前进卷起的积雪往往会通过焊缝或散热风道出口进人逆变器,电器柜内部电路短路而造成逆变器故障;会因部分逆变器箱门的胶条老化密封不严,也会造成了积雪、雨水进入箱体内部引起逆变器故障;会因箱体上部有焊缝砂眼,积雪融化时有水渗入逆变箱内部引起逆变电源故障。
2对上述故障采取的措施及建议
(1)针对过分相时脉冲过压的问题,建议对供电控制系统进行改进,在不影响牵引的情况下延长机车对列车的供电时间,使机车在残留电压较低时向列车供电,能保证过分相时机车供电电压的稳定,减小对逆变器主回路充电电容等电器元件的冲击,保证逆变器的正常工作;在充电电容与IGBT模块之间间加装绝缘隔板,并密封绝缘隔板接缝,避免因电容破裂电解液溅入IGBT模块内部,有效地避免了功率模块的损坏。
(2)针对绕线电阻排损坏后易造成电器绝缘故障,可将电阻排的绕线电阻更换为陶瓷电阻, 并将单只为150Ω更换成300Ω的电阻,依旧采取2组10只并联后再串联的方式,串联后充电电阻排R1的阻值为60Ω,使充R1不易损坏。也可对电压保护检测电路进行改进,将母线电压检测电路移至主回路之前,即检测点移至接触器KM1的之前,当被检测点处电压超过逆变器的工作电压范围时,接触器KM1不动作,充电电阻排R1没有电流流过,避免了R1因持续电流通过而发热导致的损坏。
(3)针对逆变电源箱体内进雨、雪问题,可在逆变器箱门四周涂抹密封胶,来解决由于箱内进人雨、雪而造成逆变器的损坏。冬季时可考虑散热风道临时封闭,在春秋季整修时,要求相关人员必须检查逆变电源箱门的密封情况,发现密封胶条老化、变形等情况时应立即进行更换,段修过程中全部更新。
3 结束语
通过对列车供电系统中逆变器的更换充电电阻排R1、改进电压保护检测点位置、加装充电电容与IGBT模块间的绝缘隔板及箱体的部分改造等措施,逆变电源的故障大幅度降低,逆变器工作的可靠性及稳定性得到了提高。
作者简介:卢大民:1973年生人,讲师,从事电力机车专业教学工作。
[关键字]逆变电源IGBT模块过分相 充电电阻排
列车供电系统是铁路机车车辆工程中的重要系统,在吸取国外先进列车供电系统特点的基础上,根据中国旅客列车的具体情况,进行了优化设计。利用接触网电能通过机车给旅客列车供电,以实现提高列车运输能力、节能、环保和列车运行高速化的目的。随着DC600V供电客车投入运用,车下逆变电源工作的稳定性及可靠性直接影响列车的运行品质。客车运行途中,曾多次发生因逆变器故障使车内空调机组、电茶炉等交流电器设备停止工作而影响铁路良好的形象。近年来对DC600V供电客车逆变电源运用的故障情况进行统计、分析,发现引起逆变器故障的原因主要由于其内部启动主回路充电电阻排、电容及IGBT模块损坏引起逆变器输出故障,以下对充电电阻排、电容及IGBT模块等电器元件损坏的原因具体分析如下。
1逆变电源常见故障及原因分析
1.1电容及IGBT模块损坏
逆变器是将供电机车从接触网受电后经变压、整流后的直流600V变换成三相380V、50 Hz 交流电的设备,以满足车辆设备用电需要。逆变器采用电压型桥式逆变电路,其功率开关器件为IGBT元件,并具有贯穿短路、过压、欠压、过流、散热器过热等保护功能以及IGBT 元件故障和电子控制故障检测功能。为解决散热及防雨雪、防风、防脏物、防飞石碰撞问题, 变流器采用整体密封、整体散热的箱体结构。逆变器具有延时(15s)输出功能,列车过无电区时,变换器采用VVVF自动控制启动方式,电动机启动电流冲击小。但过分相时,经常造成一二路供电电压过压,过完分相重新供电时电压脉冲值较高,且不稳定,频繁的过电压冲击易造成充电电容故障,导致逆变器不工作,甚至造成充电电容炸裂,电解液溅入IPM或IGBT 等功率模块内部,造成IGBT模块等电器元件损坏,导致逆变器更严重的故障。
1.2充电电阻排损坏
逆变器输入的额定电压为直流600V ,过压保护为720V,负压保护为500V,综合控制柜内逆变器控制开关合上后,接触器KM1动作,通过充电电阻排R1(该电阻采用2组10只阻值为150Ω的绕线电阻并联再串联焊接而成,阻值为30Ω)对电容C1、C2进行充电。充电结束后逆变器主控板发出指令,接触器KM2动作,短路充电电阻排R1,逆变器开始工作输出三相交流电。当逆变器输入电压波动较大时(电压波动范围超过DC500～DC720V),接触器KM2不动作,母线对充电电阻排R1反复充电,很容易造成R1发热损坏,造成逆变器故障,也会造成绕线电阻表面的漆包线碳化,引起逆变器主回路电气元件绝缘不良。逆变器电容充电电路如图1。
1.3逆变器其他故障造成逆变器损坏
逆变器散热风道与电器柜间有焊缝,当散热风道出口的隔栅的运动方向与列车运行方向一致时,列车前进卷起的积雪往往会通过焊缝或散热风道出口进人逆变器,电器柜内部电路短路而造成逆变器故障;会因部分逆变器箱门的胶条老化密封不严,也会造成了积雪、雨水进入箱体内部引起逆变器故障;会因箱体上部有焊缝砂眼,积雪融化时有水渗入逆变箱内部引起逆变电源故障。
2对上述故障采取的措施及建议
(1)针对过分相时脉冲过压的问题,建议对供电控制系统进行改进,在不影响牵引的情况下延长机车对列车的供电时间,使机车在残留电压较低时向列车供电,能保证过分相时机车供电电压的稳定,减小对逆变器主回路充电电容等电器元件的冲击,保证逆变器的正常工作;在充电电容与IGBT模块之间间加装绝缘隔板,并密封绝缘隔板接缝,避免因电容破裂电解液溅入IGBT模块内部,有效地避免了功率模块的损坏。
(2)针对绕线电阻排损坏后易造成电器绝缘故障,可将电阻排的绕线电阻更换为陶瓷电阻, 并将单只为150Ω更换成300Ω的电阻,依旧采取2组10只并联后再串联的方式,串联后充电电阻排R1的阻值为60Ω,使充R1不易损坏。也可对电压保护检测电路进行改进,将母线电压检测电路移至主回路之前,即检测点移至接触器KM1的之前,当被检测点处电压超过逆变器的工作电压范围时,接触器KM1不动作,充电电阻排R1没有电流流过,避免了R1因持续电流通过而发热导致的损坏。
(3)针对逆变电源箱体内进雨、雪问题,可在逆变器箱门四周涂抹密封胶,来解决由于箱内进人雨、雪而造成逆变器的损坏。冬季时可考虑散热风道临时封闭,在春秋季整修时,要求相关人员必须检查逆变电源箱门的密封情况,发现密封胶条老化、变形等情况时应立即进行更换,段修过程中全部更新。
3 结束语
通过对列车供电系统中逆变器的更换充电电阻排R1、改进电压保护检测点位置、加装充电电容与IGBT模块间的绝缘隔板及箱体的部分改造等措施,逆变电源的故障大幅度降低,逆变器工作的可靠性及稳定性得到了提高。
作者简介:卢大民:1973年生人,讲师,从事电力机车专业教学工作。