HXD1型机车电压传感器引起主电路接地故障分析

摘 要：结合案例介绍主回路接地故障处理方法，以HXD1机车主回路接地故障案例为主介绍半电压传感器故障处理的思路，分析故障原因并总结了故障处理方法，为处理类似故障提供参考。

关键词： HXD1型电力机车；TCU；电压传感器；主电路接地；故障分析

一、概述

HXD1型（深度国产化）八轴9600kW货运交流电力机车，装备时代电气自主研发的网络控制系统、牵引变流器和机车状态显示屏。自2013年1月运用以来，因VH3半电压传感器故障导致牵引控制单元（以下简称TCU）报主电路接地故障偶有发生。本文重点介绍了主电路接地判断原理，并通过介绍HXD1机车主电路接地故障案例，对故障原因进行了深度分析，并提出了相应的处理方案。

二、故障现象

2013年出现5起因VH3半电压传感器故障导致TCU报主电路接地故障，故障现象如下：

HXD1-1010机车B节途中出现TCU2主电路接地故障；

HXD1-1020机车A节途中出现TCU1主电路接地故障；

HXD1-1032机车A节途中出现TCU2主电路接地故障；

HXD1-1029机车A节途中出现TCU1主电路接地故障；

HXD1-1034机车A节途中出现TCU1主电路接地故障。

三、原理现象

（一）主电路

主电路如图1所示，每台牵引变流器包括有2组完全独立供电单元，向2个转向架的4台牵引电机及本节辅助电路供电。其中R1A、R2A（R1B、R2B）为固定放电电阻，阻值均相同。一方面用于固定放电，当斩波放电电路故障时可以将中间直流电压（支撑电容电压）放至安全电压以下，另一方面用于接地检测。 R1A、R2A（R1B、R2B）串联中点接地，中点检测信号送到TCU判断主电路是否接地。VH3A（VH3B）为半电压传感器，R1A、R2A、VH3A组成TCU1的半电压检测电路，R1B、R2B、VH3B组成TCU2的半电压检测电路。

图1 主电路图

（二）传动控制系统

主电路接地故障主要由传动控制单元负责完成接地检测、判断及保护。其判断原理为：在四象限启动后，中间直流电压达到1600V时，中间直流半电压VH3采集的电压满足条件VH3>1500V或VH3<300V，TCU判断为主电路接地故障，发出分主断请求保护。

中间直流半电压信号检测流程：中间直流半电压（1/2Ud）由VH3检测后，经模拟输入A板（以下简称APA）采样，并将电流源信号转为电压信号（采样测试比例关系见表1）送给网侧信号板（以下简称LSC），最终由网侧控制板（以下简称LCC）模/数转换后，通过软件判断电路接地故障。

表1 APA中间直流电压测试孔定义

四、故障处理与分析

（一）数据分析方法 针对主电路接地故障，主要是分析中间直流电压的数据，通过分析半电压、全电压波形，以及对比两者之间的关系初步判断出机车的故障点，一般判断方法如表2所示：

（二）典型案例分析

1、HXD1-1010机车TCU故障记录数据分析。中间直流半电压值一直呈负值（低于-2000V，<300V），待TCU四象限启动后，中间直流电压达到1600V时，满足TCU主电路接地判断条件，导致TCU发出分主断保护请求。当主断跳开后，TCU开通斩波电路，将中间直流电压已放置安全电压以下，此时VH1=VH2=0V，但半电压VH3≠0，如表2中第5项所示，则基本可以将故障锁定为VH3检测通道异常所致。

2、HXD1-1032机车TCU故障记录数据分析。中间直流半电压值已超出了接地保护门槛值（VH3>1500V），导致TCU发出分主断保护请求。当将中间直流电压已放置安全电压以下时，VH1=VH2=0V，而半电压VH3>0，如表2中第5项所示，则可以将故障锁定为VH3检测通道输出偏高所致。

3、HXD1-1029机车TCU故障记录数据分析。中间直流半电压值已超出了接地保护门槛值（VH3<300V），导致TCU发出分主断保护请求。当将中间直流电压已放置安全电压以下时，VH1=VH2=0V，而半电压VH3<0，如表2中第5项所示，则可以将故障锁定为VH3检测通道输出偏低所致。

（三）故障排查方法

下载数据分析只能初步判定故障范围，并不能准确锁定到某一个故障点。因此，在锁定故障范围后，还是需要进一步排查，找出故障點。当机车故障现象为死故障时，可以通过最简单的对换或更换相关部件的方法进行排查；但当机车故障现象为活故障时（库内故障不重现），对换或更换部件的方法就无法确定故障点；此时应运用TCU实时监视软件监测分析的方法进行排查。

下面以1029机车故障为例，介绍一下半电压VH3检测通道异常故障的排查方法。

2013年4月20日，HXD1-1029机车运行途中A节多次出现TCU1主电路接地故障，但机车回段库内高压试验故障不重现。通过分析，机车故障原因可以锁定为VH3检测信号输出偏低所致。如图2所示，VH3电压传感器、模拟入出A板（APA）、网侧信号板（LSC）、网侧控制板（LCC）及相关连接线路等故障，均有可能引起VH3检测信号输出偏低。

1、监视故障排查前数据，用于后面排查故障时做参考。故障排查前数据：低压时，中间直流全电压为0，而半电压为-120V，说明低压时，半电压信号偏低120V；高压时，中间直流本电压约为1780V，而半电压为622V，说明高压时，半电压信号偏低268V（1780/2-622）。

2、根据以往的经验，首先对调故障率较高的部件。将VH3信号线与VH1对调后，低压试验监测发现故障现象转移置VH1检测通道上了，则可以判断故障点为VH3传感器故障。若此时故障未转移，需进一步对调其它部件监视排查。

3、更换故障品后，验证效果。更换VH3电压传感器后，机车高压试验中间直流全电压、半电压信号值均恢复正常，机车故障已消除。

五、结束语

1、通过对此类故障的检查处理，熟悉的掌握了主电路接地相关的原理以及故障处理方法，为以后相关故障排查积累经验。

2、此类故障处理，充分的利用网络故障数据、TCU故障数据以及实时监控软件，进一步说明故障数据的重要性，以及应当掌握相关分析数据的能力。

3、对于处理能通过故障数据来分析的类似故障，比如TCU主电路问题，需要充分利用相关网络故障数据、TCU故障数据等，对其进行分析，并结合相关原理和经验进行故障判断。

参考文献

[1] 彭军华，HXD1型（深度国产化）电力机车牵引变流器使用维护说明书.株洲：株洲南车时代电气股份有限公司，2012.

作者简介：

彭鹏，男，1985年1月、汉族、湖南株洲、助理工程师。