广州地铁A7型车辅助逆变器并网异常故障分析与处理

曾 光

（广州地铁集团有限公司运营事业总部，广州 510310）

0 引言

辅助逆变系统是地铁列车比较重要的一个子系统，广州地铁某线A7 型电客车辅逆系统采用的是中车株洲时代电气股份有限公司生产的辅逆系统。该系统采用推广应用程度较高的并网供电技术，具有布线简单、切换控制方便、系统稳定的优点，而A7型车辅变系统在运用过程中曾出现并网异常的问题。2019 年1 月，A7 型车在正线运行过程中出现单台SIV短暂性并网异常，故障后又自行恢复并网供电的情况，对列车正线运营造成了一定的影响。本文旨在通过对A7 型车并网异常故障进行逻辑及故障分析排查，提出并网故障处理及列车控制电路的调试建议，对同行业地铁列车新车调试及维保具有一定的参考意义。

1 A7型车辅助系统并网控制

1.1 辅助电源系统

列车辅助电源系统是城轨车辆上的一个必不可少的电气部分，可以为列车空调、通风机、空压机、蓄电池充电机及照明等辅助系统提供电源[1]。地铁辅助电源系统供电方式主要包括交叉供电、扩展供电和并网供电[2]。并网供电相比传统的供电方式,多台辅助逆变器的并网供电系统冗余性强,大大提高了列车运行的稳定性和可靠性,因此并网供电将成为未来的趋势[3]。该系统下只要任意一台辅助逆变器处于正常工作状态下，且列车供电母线无短路及其他故障情况下，仍可有条件地（视并网状态下辅助逆变器数量决定负载是否相应减载）为整车负载提供电力供应。

广州地铁A7型车辅助逆变器是一套将DC1 500 V高压电转换为AC380 V、AC220 V 的辅助电源装置，下文简称“SIV”。广州地铁A7 型车采用8 节A 型车编组，配备4 台SIV 机组，分别分布于1 车、3 车、6车以及8车。SIV系统的运行独立于牵引系统,为保证辅助电源系统的高可用性及通过断电区时避免电压中断，A7 型车设置列车DC1 500 V 辅助专用高压母线，通过高压辅助母线将列车4台SIV输入端并行连接起来，并设置母线熔断器进行保护[4]。正常情况时，母线接触器处于闭合状态并且所有的SIV处于并联供电模式。当发生母线短路故障时，母线接触器可以将短路母线进行隔离。

1.2 列车控制与诊断系统

广州地铁A7 型车列车控制与诊断系统（以下简称“TCMS”）符合IEC61375-1 标准要求,包含列车总线和车辆总线两级总线结构,均采用多功能车辆总线MVB,电气接口为电气中距离EMD 介质,其传输速率为1.5 Mbit/s[5]。负责如下子系统的控制与诊断：车载信号系统、列车牵引系统、列车制动系统、列车辅助系统、列车空调系统、列车门控系统、乘客综合信息显示系统等。

1.3 SIV并网工作原理

A7 型车辅助电源系统包括4 台SIV 机组，包括4台SIV 输出接触器KMA、中压母线接触器KMK1、KMK2、KMK3，列车控制系统与SIV 通过控制KMA及各KMK 的闭合状态对整车SIV 机组进行并网输出控制，系统的详细工作网络如图1所示。

图1 A7型车辅变系统工作网络图

列车控制网络正常情况下：SIV 由TCMS 控制，并联供电为电客车负载提供三相、单相交流电源。TCMS按顺序发送ACU Start信号（并网启动指令）至SIV，SIV 自动锁相成功后完成并联供电，具体过程如下。

列车激活，TCMS 启动，检测到任意一台SIV 外部网压信号大于DC900 V，TCMS 闭合3 个中压母线接触器KMK。

列车DC1 500 V 网压以及SIV DC110 V 控制电源正常时，4台SIV各自启动，但输出接触器KMA保持断开，SIV 启动成功后发送状态好信号“ACU Inter⁃nal OK”至TCMS。

TCMS 收到至少一个“ACU Internal OK”信号后，TCMS 发出3 s 脉宽并网启动指令“ACU Start”（默认向SIV1 发“ACU Start”，KMA 输出接触器闭合），SIV 闭合KMA 后发送并网成功指令“ACU Bus Active”至TCMS。

TCMS 收到并网成功指令“ACU Bus Active”后停止发送并网启动指令“ACU Start”信号。其他3台SIV 自动同步交流母线电压完成并网，SIV 闭合辅助接触器KMA 后发并网成功指令“ACU Bus Active”至TCMS。

TCMS 根据SIV 并网成功的指令数量来决定负载是否减载，当收到3 个或以上SIV 并网成功信号时，负载不减载；当只收到2个SIV并网成功信号时，减掉一半空调压缩机；当TCMS 只收到1 个SIV 并网成功信号时，关闭所有空调压缩机，空调只具备通风功能。

列车控制网络故障情况下，SIV 与TCMS 通信故障时，SIV 保持原状态，母线接触器KMK 保持闭合，网络默认SIV损失并进行相应负载减载。当列车整车网络瘫痪时，所有SIV处于保持状态，若网络误发母线接触器断开指令，各台SIV将一直处于隔离运行模式。A7 型车设置有紧急牵引模式，该模式下默认列车控制与诊断系统的状态为失效，列车牵引制动控制命令以硬线指令为准，各SIV机组取消并网供电模式，转为独立供电模式。执行该模式转换时，KMK 接触器断开，SIV 输出接触器KMA 断开输出、重启自检成功后重新闭合输出。

2 故障调查与分析

2.1 故障数据分析

2019 年1 月28 日11 点52 分，13C030 车 在沙村下行出现SIV白点，如图2所示。图中图标白点表示SIV 已停机，输出接触器KMA 断开；后续自行恢复，列车运行正常，车辆屏无任何故障记录。

图2 TCMS屏故障图标

下载并分析13C030车SIV数据，SIV无相关故障记录日志，相关控制板卡状态正常。检查数据发现故障时刻13C030 车SIV 收到紧急运行模式指令，且该指令为周期不定的脉冲，与此同时SIV输出接触器KMA 断开。据数据显示，11 点43 分，1213C030 车SIV 收到持续3 s 的脉冲信号，随即KMA 输出接触器断开。根据数据波形观察该脉冲信号在每个站点均出现且周期不定，持续时间不定。脉冲出现频率大致为2～3 min，多数脉冲持续时间均在3 s 以下，仅在出现白点故障时期超过了3 s。如图3所示。

2.2 故障逻辑分析

TCMS 实时监视SIV 发送的设备状态信息，若SIV收到的CCU生命信号在5个特征周期内没有跳变则认定为通讯故障，对于SIV 参与车辆控制的信号，则TCMS直接用于车辆控制。对于没有参与车辆控制的信号，如输入电压、输入电流等由TCMS的显示单元进行显示，并在事件记录仪中记录。

当列车收到紧急运行模式指令下，SIV相应会收到“SIV隔离”指令，相应SIV独立重启。根据SIV内部控制逻辑，当SIV收到紧急牵引模式信号持续3 s以上有效后，再检测到紧急牵引模式信号的下降沿则会断开KMA（输出接触器），重启SIV后等待网络的并网指令或者检测中压母线有电则会自动锁相再重新闭合输出接触器KMA。

根据TCMS 与SIV 的通讯协议，SIV 在内部输出电压正常且输出接触器KMA 吸合状态下，发送并网成功指令“ACU Bus Active”=1给CCU，CCU根据此信号判断SIV 是否正常工作并输出[6]。若CCU 判断SIV 正常输出时则在车辆屏上将SIV 图标点绿。当SIV 输出接触器KMA 断开后，SIV 发送并网成功指令“ACU Bus Active”=0 至CCU，CCU 判断SIV 未正常输出，于是在显示屏上SIV 图变为白色。如图4 所示。

2.3 故障原因查找

查阅SIV电气控制原理图，13C030车SIV 紧急牵引模式指令线EmdMode（线号73B5），该线从SIV：X401：6端子处引出，引至车下低压分线箱CJB5/ST1线排24C接线端子，相关控制原理图如图5～6所示。

图3 紧急牵引指令脉冲

图4 TCMS界面图标定义

拆解13C030 车低压分线箱进行校核检查时发现13C030 车SIV 紧急牵引模式线号73B5 正确安装位置应为CJB5/ST1/24C，但实际插在相邻接线排CJB5/ST2/24C。线排位置及原理图如图7～8 所示，其中CJB5/ST2/24端子排为关右门列车线D32。

3 SIV并网异常故障原因

根据以上故障查找结果，13C030 车SIV 紧急牵引模式线误接到了关右门列车线上，导致在操作关右门时就会输出紧急牵引模式指令至13C030 车SIV中隔离指令中。当关右门的指令时间维持3 s 以上时，SIV 认为此信号有效，则断开KMA（输出接触器），TCMS 显示其图标白色。由于正常操作时按压开关门按钮时间为2 s，因此在日常的正常操作过程中无法发现此问题。现场通过改变按压关门按钮的时长模拟该故障，当按压关门按钮持续3 s 以上时，故障得以复现，因此确认故障原因为紧急牵引模式指令控制线发生异常串电导致SIV从并网模式误切换至独立运行模式。

4 结束语

图5 紧急牵引指令线原理图

图6 SIV控制原理图

图7 关门列车线原理图

图8 线排配线图

列车辅助电源系统是列车安全运行的关键系统，其安全可靠的控制电路是保证列车运营安全的重大保障。为排除列车辅助电源系统并网异常的故障隐患，已针对性地制定排查方案，对所有A7 型车进行了专项检查，未再次发现此类故障。由于此故障具有一定的隐蔽性，常规检修过程中难以发现，因此在地铁列车新车调试期间需详细对照列车原理图、配线表对列车控制系统所有接线端子排、按钮、继电器的点位接线进行校对，消除装配期间人为操作失误造成的未知隐患。同时作为地铁的运用维保单位也需触类旁通，多借鉴行业经验并加强学习，培养检修人员的发散性思维，持续性地开展好地铁车辆控制电路的隐患排查及故障隐患整治工作，深入钻研不拘泥于表象。