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地铁车辆运营中MCM电压传感器的作用及典型故障分析
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地铁车辆运营中MCM电压传感器的作用及典型故障分析
杨晓林(湖南铁路科技职业技术学院 湖南株洲  412000)
摘要:MCM中的电压传感器用于检测通过DC LINK电容器的电压,电压信息除了用于MCM逆变器的控制算法器还用于MCM的触发保护,错误的电压信息会导致系统的故障。该文就地铁车辆运营中MCM电压传感器在使用一段时间后测量值会产生较大的偏移的现象,分析了导致传感器故障的原因及判断方法。
关键词:电压传感器;测量偏移;典型故障

电压传感器是MCM中的重要组成部件,用于检测通过DC LINK电容器的电压,并将DC LINK电压的信息发送到DCU/M。这些信息被用于MCM逆变器的控制算法器,同时也用于触发保护性动作。
1.电压传感器的作用
1.1电制动控制
电制动是通过降低定子频率使之低于转子频率,从而将牵引电机作为一个发电机使用,并通过三相逆变器逆变成直流后将电力反馈到接触网。如果接触网没有能力接收,DC LINK电压将上升。当达到一个预先定义的等级时,制动斩波器将激活,制动产生的能量被消耗在制动电阻上,如图1所示。
    
图 1 DC link 电压监测
如果线电流流过DC-LINK,制动斩波器等级轻微增加以使制动斩波器功率与通过MCM再生出的能量相对应。制动斩波器功率由PWM使用一个固定的开关频率来进行控制,DCU/M将有关从电机逆变器得到的有效制动力信息不断的发送到列车控制单元(VCU)。如果一个电机逆变器的ED制动被限制或关断,VCU将使用机械制动来补偿以达到同样的减速度。

1.2 DC LINK电压保护控制
过压保护(OVP)保护MCM使之不受瞬时高电压损坏。它可以用于牵引和制动过程中,但电制动时它将禁用。过压保护是通过打开和关断制动/过压斩波器使DC LINK电压保持在限定的高压和低压范围内。当斩波器被激活时,能量消耗在制动/过压电阻上,DC LINK电压开始下降。当电压级别达到下限时,斩波器被关断。
当斩波器工作在过压保护模式时,只要过高的DC LINK电压被检测到,它将一直打开,即斩波器在此种模式下是不同于电制动下的PWM控制的。如果DC LINK电压持续上升超过过压等级时,出现DC LINK过电压故障,并发出保护性关断指令。如果DC LINK电压在正常操作时出现低于欠压等级时,出现DC LINK欠电压故障,并发出保护性阻塞指令,下面是DC LINK电压等级的设置:

表1 DC LINK电压等级的设置
DC link 过压 (保护性关断) 2000 V
DC link 电压OVP 开通 1900 V
DC link电压OVP 关断 1850 V
DC link电压制动斩波器激活 1800 V
DC link欠压 (保护性阻塞) 1000 V

1.2.1 DC link 过压保护
在过压情况下,OVP激活以降低瞬时的DC LINK电压。当DC LINK电压降低时,OVP关闭。如果DC LINK电压持续上升到达最大的等级时,发出保护性关断指令。如果T时间内发生N次故障,逆变器隔离。隔离可通过故障复位信号进行复位。故障诊断码:15 DC LINK过压。
1.2.2 DC LINK欠压保护
如果正常操作下DC  LINK电压低于指定的等级时,电机逆变器保护性阻塞。故障诊断码:24 DC LINK 欠压。
1.2.3 DC link 电压传感器监测
可靠性检查在不断的进行以检查电压传感器的状态。也可能会在VCU中比较不同逆变器中的DC LINK电压传感器以进一步确认没有故障的传感器。DC LINK电压测量故障将导致保护性关断。T分钟内发生N次故障将使逆变器隔离,隔离可通过故障复位信号进行复位。故障诊断码:22 DC LINK 电压测量故障。

2. 电压传感器典型故障分析
2.1故障现象:
2006年6月11日,深圳地铁1143车DCU闪红,VTCU记录有故障,制动电阻过热、制动电阻温度高、DCU保护性关断故障。
2.2故障分析处理:
检查制动电阻、制动风扇、接触器、断路器均正常,低压测试制动接触器的反馈正常,检查最近发生的故障数据,发现事故发生前十天的时间中,每天都有几十到上百次的“过压保护参考值最大”故障,环境变量显示C车DC-LINK值均在1850V左右,而B车DC-LINK值在1800V左右,显然当B车(以及另半组车的B、C车)MCM在的DC-LINK电压1800V以下时仍然工作在再生制动工况,是它们将列车动能转换为电能反馈到电网并使其电压升高,与此同时由于C车MCM检测到电压已经超出1800V(且低于OVP打开电压1900V),则其必定工作在电阻制动工况,可以说此过程在制动过程中较长时间的存在,B车制动电阻将产生相当大的热量,从而出现过热现象。为了证实C车电压传感器的参考值存在较大偏差,我们在在列车激活且未合HSCB时情况下用DCUTERM软件对114车的DCU/M和DCU/A检测出的电压进行了检查,得出如下数据:1142DCU/M:27V, 1143DCU/A:27V, 1143DCU/M:40V, 1144DCU/A:27V, 1144DCU/M:27V, 1145DCU/M:27V。
可以发现1143DCU/M中检测到的电压明显偏高,从而确定为电压传感器故障。由于单独更换电压传感器较为困难,更换了整个MCM,之后故障排除。

3 结论
MCM中电压传感器在使用一段时间后测量值会产生较大的偏移,导致传感器故障,在遇到类似电压传感器故障时,可通过两种方式进行判断和确认故障:通过MMI或“车辆故障数据处理系统”检查故障发生时的环境变量,与其他车的DC-LINK电压进行对比,如两者差别较大(低压时10V以上,高压时30V以上),则可初步判断为电压传感器故障。通过DCUTERM软件做低压测试,检查DCU/M检测出的DC—LINK电压,充电时应为110±10V,放电后应为24±5V,如超出此范围则可确认为电压传感器故障。

参考文献
[1] [2]庞巴迪车辆操作手册.长春长客-庞巴迪轨道车辆有限公司. 2003
 [3]地铁车辆检修规程(B版).深圳市地铁有限公司

该文原载于中国社会科学院文献信息中心主办的《环球市场信息导报》杂志http://www.ems86.com总第418期2011年第27期(7月28 日出版)-----转载须注名来源

 

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