机电工程技术
第50卷第01期MECHANICAL&ELECTRICAL ENGINEERING TECHNOLOGY Vol.50No.01 DOI:10.3969/j.issn.1009-9492.2021.01.054
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)
摘要：针对广州地铁A7型车正线运行过稈中出现的辅助逆变器并网异常问题，通过对列车故障现象以及系统日志文件的分析，采用反向论证法排查电路控制系统，得出并网异常故障的原因及提出地铁列车控制电路系统的相关调试建议。
关键词：广州地铁A7型车；辅助逆变系统；并网异常；KMA；KMK
中图分类号：TM464文献标志码：A文章编号：1009-9492(2021)01-0189-05
Analysis and Treatment of Abnormal Combined to the Gridfault of Auxiliary
Inverter for Guangzhou Metro A7Vehicle
Zeng Guang
(Operation Headquarters,Guangzhou Metro Group Corporation,Guangzhou510310,China)
Abstract:Aiming at the abnormal grid connection problem of auxiliary inverter in the main line operation of Guangzhou Metro A7car,through the analysis of train fault phenomenon and system log file,and using the reverse demonstration method to check the circuit control system,the causes of abnormal grid connection fault were obtained and the relevant debugging suggestions of metro train control circuit system were put forward.
Key words:Guangzhou Metro A7vehicle;auxiliary inverter system;abnormal grid connection;KMA;KMK
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。
1A7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］O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］O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DC1500V 高压电转换为AC380V、AC220V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，A
7型车设置列车DC1500V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］o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
收稿日期：2020-07-09
2021年01月机电工程技术第50卷第01期川
图1A7型车辅变系统工作网络图
线MVB，电气接口为电气中距离EMD介质，其传输速率为1.5Mbit/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。
1.3SIV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。
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DC900V,TCMS闭合3个中压母线接触器KMKo
列车DC1500V网压以及SIV DC110V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U ACU Internal OK"至TCMS。
TCMS收到至少一个“ACU Internal OK”信号后，TCMS发出3s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“ACUBus 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。
曾光：广州地铁A7型车辅助逆变器并网异常故障分析与处理
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3s 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3s 以下，仅 在出现白点故障时期超过了 3so 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3s 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KMAo
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]o 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。如图
4所示。
2.3故障原因查
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 ：
图3紧急牵引指令脉冲
2021年01月机电工程技术第50卷第01期
广州地铁3号线时间
图4 TCMS 界面图标定义
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。
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/
ST2/24Co 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3s 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。由于正常操作时按压
开关门按钮时间为2s ，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3s 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
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
|18-6C/(Tc)EmdMode Tk|-
118-61) ( c)EB TI.|-»
|18-6C/(Tc) Reset fi1-»ll8-6C/(Tc)HBC TLl->
|17-7D/(Tc)FB TLl -图 5 紧急牵引指令线原理图
曾光：广州地铁A7型车辅助逆变器并网异常故障分析与处理
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
CJS5/ST1
2
曲
75B5
B+SIV:X401:6紧急牵引 指令线
CJB5/ST224A D32B3B+1[CC2:B8关右门CJB5/ST224D
D32B2B+CJB4/ST2/:24:D
列车线
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。
参考文献：
[1]朱士友，吕劲松.车辆检修工[M].北京：中国劳动社会保障出
版社,2009.
[2] 杨毅.地铁车辆辅助供电系统论述[J].中国设备工程,2020
(07):101-102.
[3] 李张.地铁车辆中压交流并网供电接地故障策略研究[J].工
业控制计算机,2018,31(04):141-143.
[4] 中车集团大连机车车辆有限公司.广州地铁十三号线A7型
车维护、维修和大修手册一辅助电源系统[Z].2016.
[5] 白龙，王建强，姜仲昊.广州地铁13号线列车网络系统方案设
计[J].电子世界,2019(11):162-163.
⑹中车集团大连机车车辆有限公司.广州地铁十三号线A7型
车维护、维修和大修手册一列车控制及监控系统[Z].2016.
作者简介：曾 光(1993-)，男，江西赣州人，大学本科, 助理工程师，研究领域为车辆工程。
(编辑：刁少华)
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