马琪瑶 毛世琦 国世海
中车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东青岛 266109
摘要：高速动车组在使用过程中不可避免会出现电气故障，由于电缆老化、振动摩擦和异物击打等原因，轨道车辆牵引系统会出现电气部件绝缘下降，甚至产生牵引系统主电路直接接地的故障。单点接地将导致牵引变压器二次侧主电路系统与牵引变压器一次侧电气隔离失效；两点或多点接地，则会产生很大的短路电流，造成牵引系统电气部件的烧损。而随着列车运行时间增加，高压箱也会由于绝缘配合而形成异常放电故障。因此，为了保证列车安全可靠运行，必须对高速动车组电气故障进行快速的故障诊断，以满足列车运行需求，以免影响正常运行。
关键词：高速动车组；电气故障；处理方法
引言
为了更好熟悉掌握电气故障处理方法，本文首先介绍了高速动车组电气故障处理流程，通过现象收集、分析原因确定故障产生位置，方便后续分析处理。其次介绍了两种常见接地故障，并针对故障提出分析方法。除此之外，针对高速动车组高压箱内异常放电故障进行情况概括，通过检查测试及分析，提出了电气故障的处理方法，找出高压箱设计中的薄弱点，对电气间隙的薄弱点进行了优化提升，增加了箱内绝缘安全裕度。
1 故障处理流程
1.1 收集故障现象
在高速动车组故障统计中，绝大部分故障类型为电气类故障，因而快速有效地处理此类故障对车组的安全稳定运行有着十分重要的意义。在处理电气类故障的过程中，故障现象是分析和处理故障的前提和基础，而不同的电气故障会有不同的故障现象。在处理车组电气故障时，要全面收集与电气故障相关的故障现象，包括故障时刻的车组运行状态、地点以及环境等，然后在众多故障现象中找出较为典型和重要的方面。
1.2 分析故障原因
故障原因的分析是处理电气故障过程最关键的一步。造成电气故障的原因很多，如何准确快速地分析和研究出故障原因，除了需要扎实的电工基础理论知识外，更多地需要将理论与实际相结合。另外，丰富的故障处理经验也十分必要，有时会起到事半功倍的效果。
1.3 确定故障部位
电气故障排查的最终目标和结果是确定故障位置。确定故障位置可以被理解为确定设备的故障点，如短路点、损坏的部件、电压波动以及三相电流不平衡等。需要注意，确定故障位置需基于仔细思考和认真分析故障现象。
2?常见接地故障及方法分析
2.1?牵引变压器二次侧绕组侧接地故障
牵引变压器二次侧绕组侧接地故障主要由S1、S2、S3、S4四象限变流器的IGBT模块及其反并联二极管组成。以牵引变压器二次侧绕组的下端存在接地故障为例，当四象限变流器脉冲激活，IGBT模块S4导通时，接地故障点通过S4与中间直流环节的负极相连，此回路电阻被短路，接地电压为0V；当IGBT模块S3导通时，接地故障点通过S3与中间直流环节的正极相连，此闭合电路电阻被短路，接地电压为中间直流环节电压。当四象限变流器脉冲封锁后，牵引逆变器和辅助逆变器均停止工作，牵引变压器二次侧仍存在交流电压。假设所有IGBT模块的反并联二极管均截止，则S4导通时电阻两端的电压为0.75，S3导通时电阻两端的电压为0.25。由于接地检测电阻R1与S3并联，R2与S4并联，所以S3和S4的反并联二极管均处于截止状态。
2.2?辅助变流器侧接地故障
牵引变流器正常运行时直流接触器处于闭合状态，当直流接触器与辅助变流器之间线缆存在接地故障时，接地电压将超出正常范围，接地电压值与中间直流环节接地的情况相同。将直流接触器断开后，接地故障点与中间直流环节完全隔离，接地电压将恢复正常。辅助变流器主电路由三相逆变电路和降压变压器组成。当降压变压器一次侧发生接地故障时，接地电压波形的变化与牵引电机侧接地情况相同；降压变压器二次侧接地故障可由辅助变流器诊断。
因此，可通过断开或闭合直流接触器诊断接地故障点是否在辅助变流器侧。
2.3状态分析法
在处理类似上述高速动车组电气故障时，可以采用状态分析法，其十分常见也非常重要。电气设备工作时，总是要在一定条件进行的。因而，当这些电气设备发生故障时，可以通过分析故障时刻设备所处的具体状态是否正常来分析判断故障原因。譬如，在电机启动过程中查看相关的继电器、接触器上的触点哪些应该闭合，哪些应该断开，是否存在异常闭合或断开的情况等。
3针对高压箱异常放电故障分析
在高速动车组运行过程中，高压箱设计应满足《时速350公里高速动车组技术条件》中的要求:主回路对地额定冲击耐受电压不低于170kV，工频耐受电压不低于75kV。
3.1绝缘性能检查及测试
对故障高压箱进行开盖检查，首先看内部是否有可见异物或明显水迹，若未见异常可进一步验证水和潮气对电气间隙的影响，进行如下试验:对高压箱进行淋雨试验。距离箱体3m位置，用喷射压力为8～10MPa的高压水枪，对故障高压箱的顶盖与箱体缝隙及周圈侧板位置进行5min以上的喷射。试验结果为:箱体密封良好，无进水现象。模拟高压箱内部受潮情况，对高压箱的顶盖及箱底绝缘板喷水后进行高压回路对地冲击试验，升压至173kV时无击穿或闪络现象。在顶盖隔音棉碳化、绝缘材料表面状态不佳的情况下，高压箱仍能承受170kV冲击耐受电压，证明箱内绝缘性能正常。
3.2 先断电后通电
在处理上述电气故障时，首先在电气设备不通电的情况下对其进行测量，然后再在通电的情况下对其进行故障处理。动车组的许多电气故障在进行排查处理时不能立即进行通电处理，否则将会人为扩大故障范围，损坏更多的电气元件，从而造成不必要的损失。因此，在故障高压箱通电前，需先进行无电测试，采取必要措施后方能进行通电测试。
3.3熟悉电路原理
当高速动车组高压箱发生故障时，要保留故障的原始状态(偶发性、电气老化)，而不是急于直接动手进行相关操作。在了解清楚电气故障的现象、过程及环境条件等后，基于故障设备的电气原理分析每个特定电路，以阐明不同电路间的联系和电气信号的传递次序，结合已有的实践经验，最终确定一个行之有效的故障处理方案。
3.4总结经验，提高效率
高速动车组是一个庞大的复杂系统，涉及的方面广泛，因而动车组出现的电气故障种类诸多且复杂。在分析与处理动车组电气故障后，应在工作日志或笔记本上记录下当时的故障现象、分析方法、故障原因等相关信息，不断积累电气故障处理经验，并学习新的理论知识，将理论、经验和实际三者有机结合，从而快速有效地处理高速动车组的电气故障。
结语
高速动车组中的电气设备决定着动车组的运行寿命和行车安全，本文主要介绍了高速动车组电气故障的一般处理方法，并针对两种常见接地故障以及高压箱故障展开分析探讨，在高压箱内部真空断路器断口间可能发生的最大操作过电压约为128．6kV。冲击操作电压按照15%的分散概率考虑，基于断路器断口能承受的短时工频电压极限的峰值，断路器断口可承受的操作冲击电压133kV，降低了在极限工况下由于操作过电压引起的放电概率。由操作过电压引起的放电故障在高压主电路中涉及到主断路器断口、主断路器高压端对地，以及高压对地、高压隔离开关断口间。正常高压箱间距最小点测量距离为285mm，此为最薄弱点。在特殊工况下发生闪络的风险，高压箱内紧凑密闭空间对闪络的恢复能力比裸露空间差，因此将此薄弱点置于真空断路器后可以有效改善这一故障。
参考文献
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