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摘要：本文从CRH3型动车组行车途中牵引动力丢失，发现是预充电电路故障入手，详细的分析了此类故障产生的原因及解决措施。首先，对动车组故障诊断及信号传输的过程进行了分析；其次，对CRH3型动车组主变流器及预充电电路的作用原理、接地故障检测机理进行了阐述。最后，在CRH3型动车组牵引动力丢失故障现象的基础上，详细分析了牵引动力丢失的原因、故障正确的处理方法及此类故障的预防。CRH3型动车组牵引丢失故障的分析及解决方法研究，对随车机械师、地勤师及动车组司机都具有很强的实际指导意义。
关键词：动车组；牵引动力；牵引变流器；预充电电路，行车故障；故障诊断
中文分类号：U266.2；U268.7
0引言
高速动车组是高速铁路的运输载体，也是高速铁路的主要技术装备，是实现高速铁路功能的关键环节。高速动车组系统具有结构复杂、技术先进、集成度高以及造价昂贵的特点，为了保证高速动车组安全、快速、高效、舒适运行，必须经常对列车进行整备、检查、保养及检修等工作。
高速动车组的维护与检修质量是保证其安全运行的重要条件，辅助单元是动车组牵引辅助系统重要设备之一，也是动车组故障发生比较多的地方，本文依据动车组实际行车过程中，由于牵引变流器预充电模块故障，而使列车部分牵引动力丢失，详细分析了故障产生的原因，并且对故障处理措施进
行了阐述。
1故障现象
CRH3动车组MMI显示6车牵引故障，6车牵引丢失。故障代码25AC，中间电路充电检测起作用，5车双辅助变流器都没有工作。司机在发现故障后试图将6车牵引动力在MMI上恢复，恢复之后，主断路器可以合上，但在合上约3秒又自动跳开。经过两次恢复失败后，司机将6车牵引动力切除，以最大318km/h的速度运行到终点站。
到达目的地后，动车组在热备线上将6车牵引动力恢复，重新启动5车双辅助变流器，主断路器任然合不上，之后启动动车组维护模式，利用软件将牵引系统复位，主断路器亦合不上，于是将6车牵引动力切除，主断路器能合上。经过技术人员诊断和排查后，发现是由于变流器IGBT模块A2过流，同时预充电回路故障引起的。
2 CRH3型动车组故障诊断及报警机理
动车组的故障诊断系统是检测并发现动车组各组成部分早期故障的主要系统，能够及时准确纪录并报警可能发生的故障。列车诊断的目的在于增加列车运用安全性以及减少维修工作，图1是动车组诊断与报警原理图。
车辆总线MVB是动车组中央诊断系统与列车MMI交换数据的纽带，司机室内部的司机MMI中的诊断系统又通过WTB与列车总线MVB相连接。
在动车组中央故障诊断系统允许的情况下，司机、列车乘务员、列车技术人员和动车运用维修所可以接受来自各检测目标组子系统发出的诊断信息。
车载故障按严重程度划分为A、B、C三个等级，控制系统根据各传感器及检测点采集到的信号进行分类处理，同时根据各种判定条件进行判断并分析，确定故障的类别及类型。一旦故障发生，故障诊断系统自动进行故障记录，同时在司机室MMI上显示，非常严重的故障应给予司乘人员声响提醒。
3 动车组牵引动力丢失故障原因及解决措施
3.1主变流器电路结构
CRH3动车组有4台牵引变流器，每套牵引变流装置中由两组四象限整流器（4QC）、一组逆变器、一组牵引控制装置、冷却系统及中间直流环节构成，每一组逆变器控制4台牵引电机，牵引变流器电路原理如图2所示。
图2中，ESE—接地故障检测模块，TC—牵引变流器，TCU—牵引控制单元，，VLE—预充电装置，VLW—预充电电阻器，牵引变流器冷却装置 （CLT） 在变压器的旁边，集成在牵引变流器 （TC） 中的牵引控制单元 （TCU） 用于系统的监测与控制。冷却回路进行温度和冷却剂流量的监测，从而保护牵引变流器，以防出现热过载情况，同时牵引变流器内进行电流和电压的检测，以防止过流和过压对系统的不良影响。
3.2预充电装置及DC链路电容器
预充电单元以并联的形式连接到断路器上。断路器位于变压器及其每个牵引绕组的输入控制器之间，此断路器有两个极，以便每个变流器的两个四象限斩波器可以一起开关。预充电单元由预充电接触器和电阻器构成。在变流器投入运行时，变流器的DC链路电容器先通过预充电单元充电， （实际预充电电阻通过电流值为35A），在DC链路电压达到理论终值（=√2 * UTrafo， sec）的95%以上后，然后断路器闭合。这可降低如果输入电压突然接到空的电容器上导致的较大瞬间峰值电流，图3是预充电单元原理图。
DC链路电容器作为一个平滑并缓冲DC 链路线电压的储能装置，如图4所示。每个变流器的DC 链路电容由4 x 0.75 mF 电容器构成，总共3 mF。
DC中带接地故障探测的连续放电电阻，接地故障检测由分压器、带绝缘和评估电路的差动放大器构成。连续放电电阻分成102K Ω： 34kΩ 比的两个部分。电阻器的中央抽头接地；一个滤波电容器并联到下部部件中。监控此电容的电压，在出现接地故障时，测量电压改变，从而相关的牵引控制单元TCU 指出接地故障。
在额定运行期间，互感器的值显示为整体DC 链路电压的?，需要考虑± 30 %的公差。如图5是接地故障检测电路所示，在发生接地故障的情况下，由于电容值的充电反向，测量电压改变，值为 % UE/Ud 或100 %，通过此方法可以检测到接地故障。
3.3 故障原因分析及解决
（1）牵引变流器是一个复杂的电力电子电路，其故障现象及故障原因较为复杂，比如过电流故障，其有可能由过负载、接地和短路等原因引起，因此变流器故障排查及故障原因的确定，对动车组行车故障的迅速处理显得尤为重要。 在本典型案例中，技术人员下载牵引控制单元TCU的数据显示为：
通过对以上故障代码的分析，可以看出IGBT模块A2过流，同时预充电回路故障。
（2）打开6车牵引变流器设备箱，检查发现预充电回路接触器K4主触点烧损，连接电缆以及预充电RC回路的电阻R31.2、R31.3电阻烧损，如图4和图5所示。
（3）牵引变流器预充电电路发生短路，使流过预充电电阻的电流过大，导致牵引变流器设备箱内的预充电回路接触器K4主触点烧损，连接电缆以及预充电RC回路的电阻R31.2、R31.3电阻烧损，从而引起DC链路电容器没有达到规定的充电值，断路器无法闭合，牵引动力丢失。
（4）需要整体更换牵引变流器，同时需要更换5车辅助变流器内部的主变压器。
4总结
（1）动车组牵引动力丢失故障是一个混合性故障，需要综合考虑故障产生的原因，需要加大牵引部位和辅助变流器（ACU）的检查力度。
（2）调取故障代码后，要联系列车信号传输过程及车载故障诊断系统的机理，准确的确定故障产生的原因及故障位置。
（3）新的模块替换后，需要对全车进行检测和实验，当故障代码全部消除及实验合格后，方可执行新的车次。
（4）故障代码不能消除，有可能是由于相应的软件没有得到及时的升级而引起的，需要不断更新检测软件。
（5）车上和车下作业时，必须按照相应的规章制度，进行停电和送电操作规程。
参考文献
[1]焦风川，王斌杰.动车组运用与维修[M].北京：北京交通大学出版社，2012.5.
[2]刘玲.牵引变流器故障的诊断[P].西南交通大学硕士论文，2007.
[3]中华人民共和国铁道部.CRH3型动车组随车机械师应知应会手册[M].北京：中国铁道出版社，2010.
[4]中华人民共和国铁道部.CRH3型动车组途中应急故障处理手册[M].北京：中国铁道出版社，2011.
[5]张曙光.CRH3型动车组[M].北京：中国铁道出版社，2007.8.
[6]刘晓翔.脉冲整流器在牵引变流器中的应用[P].西南交通大学硕士论文，2007.
[7] 陈坚.电力电子学—电力电子变换和控制技术[M] .北京：高等教育出版社，2009.
[8] 宋雷鸣.动车组传动与控制[M].北京：中国铁道出版社，2007.
作者简介：洪从鲁，1973年3月，硕士研究生，郑州铁路职业技术学院教师，主要从事故障诊断及诊断仪器方面的教学洪研究。
蒋会哲，男，1973年9月，硕士研究生，郑州铁路职业技术学院教师，主要从事电力系统及其自动化方面的教学和研究。
关键词：动车组；牵引动力；牵引变流器；预充电电路，行车故障；故障诊断
中文分类号：U266.2；U268.7
0引言
高速动车组是高速铁路的运输载体，也是高速铁路的主要技术装备，是实现高速铁路功能的关键环节。高速动车组系统具有结构复杂、技术先进、集成度高以及造价昂贵的特点，为了保证高速动车组安全、快速、高效、舒适运行，必须经常对列车进行整备、检查、保养及检修等工作。
高速动车组的维护与检修质量是保证其安全运行的重要条件，辅助单元是动车组牵引辅助系统重要设备之一，也是动车组故障发生比较多的地方，本文依据动车组实际行车过程中，由于牵引变流器预充电模块故障，而使列车部分牵引动力丢失，详细分析了故障产生的原因，并且对故障处理措施进
行了阐述。
1故障现象
CRH3动车组MMI显示6车牵引故障，6车牵引丢失。故障代码25AC，中间电路充电检测起作用，5车双辅助变流器都没有工作。司机在发现故障后试图将6车牵引动力在MMI上恢复，恢复之后，主断路器可以合上，但在合上约3秒又自动跳开。经过两次恢复失败后，司机将6车牵引动力切除，以最大318km/h的速度运行到终点站。
到达目的地后，动车组在热备线上将6车牵引动力恢复，重新启动5车双辅助变流器，主断路器任然合不上，之后启动动车组维护模式，利用软件将牵引系统复位，主断路器亦合不上，于是将6车牵引动力切除，主断路器能合上。经过技术人员诊断和排查后，发现是由于变流器IGBT模块A2过流，同时预充电回路故障引起的。
2 CRH3型动车组故障诊断及报警机理
动车组的故障诊断系统是检测并发现动车组各组成部分早期故障的主要系统，能够及时准确纪录并报警可能发生的故障。列车诊断的目的在于增加列车运用安全性以及减少维修工作，图1是动车组诊断与报警原理图。
车辆总线MVB是动车组中央诊断系统与列车MMI交换数据的纽带，司机室内部的司机MMI中的诊断系统又通过WTB与列车总线MVB相连接。
在动车组中央故障诊断系统允许的情况下，司机、列车乘务员、列车技术人员和动车运用维修所可以接受来自各检测目标组子系统发出的诊断信息。
车载故障按严重程度划分为A、B、C三个等级，控制系统根据各传感器及检测点采集到的信号进行分类处理，同时根据各种判定条件进行判断并分析，确定故障的类别及类型。一旦故障发生，故障诊断系统自动进行故障记录，同时在司机室MMI上显示，非常严重的故障应给予司乘人员声响提醒。
3 动车组牵引动力丢失故障原因及解决措施
3.1主变流器电路结构
CRH3动车组有4台牵引变流器，每套牵引变流装置中由两组四象限整流器（4QC）、一组逆变器、一组牵引控制装置、冷却系统及中间直流环节构成，每一组逆变器控制4台牵引电机，牵引变流器电路原理如图2所示。
图2中，ESE—接地故障检测模块，TC—牵引变流器，TCU—牵引控制单元，，VLE—预充电装置，VLW—预充电电阻器，牵引变流器冷却装置 （CLT） 在变压器的旁边，集成在牵引变流器 （TC） 中的牵引控制单元 （TCU） 用于系统的监测与控制。冷却回路进行温度和冷却剂流量的监测，从而保护牵引变流器，以防出现热过载情况，同时牵引变流器内进行电流和电压的检测，以防止过流和过压对系统的不良影响。
3.2预充电装置及DC链路电容器
预充电单元以并联的形式连接到断路器上。断路器位于变压器及其每个牵引绕组的输入控制器之间，此断路器有两个极，以便每个变流器的两个四象限斩波器可以一起开关。预充电单元由预充电接触器和电阻器构成。在变流器投入运行时，变流器的DC链路电容器先通过预充电单元充电， （实际预充电电阻通过电流值为35A），在DC链路电压达到理论终值（=√2 * UTrafo， sec）的95%以上后，然后断路器闭合。这可降低如果输入电压突然接到空的电容器上导致的较大瞬间峰值电流，图3是预充电单元原理图。
DC链路电容器作为一个平滑并缓冲DC 链路线电压的储能装置，如图4所示。每个变流器的DC 链路电容由4 x 0.75 mF 电容器构成，总共3 mF。
DC中带接地故障探测的连续放电电阻，接地故障检测由分压器、带绝缘和评估电路的差动放大器构成。连续放电电阻分成102K Ω： 34kΩ 比的两个部分。电阻器的中央抽头接地；一个滤波电容器并联到下部部件中。监控此电容的电压，在出现接地故障时，测量电压改变，从而相关的牵引控制单元TCU 指出接地故障。
在额定运行期间，互感器的值显示为整体DC 链路电压的?，需要考虑± 30 %的公差。如图5是接地故障检测电路所示，在发生接地故障的情况下，由于电容值的充电反向，测量电压改变，值为 % UE/Ud 或100 %，通过此方法可以检测到接地故障。
3.3 故障原因分析及解决
（1）牵引变流器是一个复杂的电力电子电路，其故障现象及故障原因较为复杂，比如过电流故障，其有可能由过负载、接地和短路等原因引起，因此变流器故障排查及故障原因的确定，对动车组行车故障的迅速处理显得尤为重要。 在本典型案例中，技术人员下载牵引控制单元TCU的数据显示为：
通过对以上故障代码的分析，可以看出IGBT模块A2过流，同时预充电回路故障。
（2）打开6车牵引变流器设备箱，检查发现预充电回路接触器K4主触点烧损，连接电缆以及预充电RC回路的电阻R31.2、R31.3电阻烧损，如图4和图5所示。
（3）牵引变流器预充电电路发生短路，使流过预充电电阻的电流过大，导致牵引变流器设备箱内的预充电回路接触器K4主触点烧损，连接电缆以及预充电RC回路的电阻R31.2、R31.3电阻烧损，从而引起DC链路电容器没有达到规定的充电值，断路器无法闭合，牵引动力丢失。
（4）需要整体更换牵引变流器，同时需要更换5车辅助变流器内部的主变压器。
4总结
（1）动车组牵引动力丢失故障是一个混合性故障，需要综合考虑故障产生的原因，需要加大牵引部位和辅助变流器（ACU）的检查力度。
（2）调取故障代码后，要联系列车信号传输过程及车载故障诊断系统的机理，准确的确定故障产生的原因及故障位置。
（3）新的模块替换后，需要对全车进行检测和实验，当故障代码全部消除及实验合格后，方可执行新的车次。
（4）故障代码不能消除，有可能是由于相应的软件没有得到及时的升级而引起的，需要不断更新检测软件。
（5）车上和车下作业时，必须按照相应的规章制度，进行停电和送电操作规程。
参考文献
[1]焦风川，王斌杰.动车组运用与维修[M].北京：北京交通大学出版社，2012.5.
[2]刘玲.牵引变流器故障的诊断[P].西南交通大学硕士论文，2007.
[3]中华人民共和国铁道部.CRH3型动车组随车机械师应知应会手册[M].北京：中国铁道出版社，2010.
[4]中华人民共和国铁道部.CRH3型动车组途中应急故障处理手册[M].北京：中国铁道出版社，2011.
[5]张曙光.CRH3型动车组[M].北京：中国铁道出版社，2007.8.
[6]刘晓翔.脉冲整流器在牵引变流器中的应用[P].西南交通大学硕士论文，2007.
[7] 陈坚.电力电子学—电力电子变换和控制技术[M] .北京：高等教育出版社，2009.
[8] 宋雷鸣.动车组传动与控制[M].北京：中国铁道出版社，2007.
作者简介：洪从鲁，1973年3月，硕士研究生，郑州铁路职业技术学院教师，主要从事故障诊断及诊断仪器方面的教学洪研究。
蒋会哲，男，1973年9月，硕士研究生，郑州铁路职业技术学院教师，主要从事电力系统及其自动化方面的教学和研究。