HXD1型机车电压传感器引起主电路接地故障分析

1、    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

2、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

3、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

4、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

5、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vh30，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

6、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

7、，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。

8、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