变流器因接地问题导致故障分析和处理
方法
摘要 自CRH5牵引辅助变流器自技术引进以来，变流器在厂内试验和运行过程时发生几次因接地问题导致故障，其中有试验接地线虚接和传感器接地线过长等问题。本文根据近年来的现场经验，总结了一套变流器因接地问题导致故障的分析和处理方法。
关键词 牵引辅助变流器、接地抗干扰、分析、处理 0 引言
随着控制单元准确度与分辨率的不断提高，微小的外界干扰都会产生很大的误差，甚至会使整个电子系统无法正常工作。各种电子器件都需要接地,而地线却是引入干扰的重要通道。所谓接地就是将某点与一个等电位点或等电位面用低电阻导线联接起来,构成一共基准电位。正确接地的目的在于消除公共地线阻抗所产生的共阻抗耦合（共模）干扰,并避免受磁场和电位差的影响,防止形成地电流环路与其他电路产生磁耦合干扰。
变流器的“地”通常而言，可以分为两种：一种是系统基准地（信号地），即信号回路的基准导体，为系统提供一个基准（参考）电位，亦成为虚地或者系统地；另外一种是“大地”（安全地）即真正的地。CRH5牵引辅助变流器自技术引进以来，变流器在厂内试验和列车运行过程中发生几次因接地问题导致故障。
1 CRH5牵引辅助变流器简介
CRH5牵引变流器采用两电平主回路拓扑结构，牵引工况下，四象限整流器将牵引变压器输出的1770VA单相交流电转成直流电，经中间直流电路将3200V-3600V的直流电输出给牵引逆变器，牵引逆变器输出电压/频率可调的三相交流电源驱动电机。制动工况，通过控制牵引逆变器，使牵引电机处于发电状态，将发
出的三相交流电给处于整流状态的牵引逆变器，经直流母线稳压后，被处于逆变工况的脉冲整流器变为单相交流电，再经牵引变压器回馈至单相25kV电网，实现能量再生。当列车处于分相区或者速度过低时，启动能耗制动，通过斩波器将能量消耗在制动电阻器上。
辅助变流器从中间直流环节取电，通过输出变流器转换成直流600V，再进行逆变后得到三相380V/50Hz交流电源，给辅助系统供电。
2 变流器因接地问题导致故障典型案例
2.1 中间电压传感器接地线过长导致牵引变流器故障 2.1.1 故障现象
1. 某列CRH5动车组运行到5到10km速度区间，4车变流器控制单元多次报TV2中间母线过压故障,导致整车跳主断。列车速度超过10km/h进行复位后，整车变流器运行正常。动车所成立专项技术公关组，经技术和服务人员检查电缆线束，互倒电压传感器、控制单元、牵引功功率模块相关部件后，打磨电流传感器信号屏蔽层接地线接地排故障未消除。
2.某新造列CRH5动车组在地面进行静态调试时，1车变流器启动四象限后控制单元一直报TV2中间母线过压故障，导致整车跳主断，隔离1车后，其他变流器运行正常。根据主机厂反馈，该车在厂内试验时一切运行正常。
2.1.2 故障排查
1）中间母线是否真实存在过压现象？
由于故障1发生在整车运行过程中，无法用波形记录仪实时检测中间直流波形；故障2发生在整车静态调试过程中，用波形记录仪和高压探头测量中间母线电压无过压现象。
2) 电压传感器、控制单元和功率模块等重要部件和2车进行互倒，故障未排除，因此可排除器件故障可能性。
3）软件技术人员用计算机和控制单元进行通讯，利用TCU故障数据记录功能，检测四象限启动后，TV2电压传感器采样波形出现三次过压，但波形记录仪未检测到过压，可判断该故障由电磁干扰问题引起。
2.1.3 故障分析
检查TV2电压传感器信号线屏蔽层引线长度300mm（见图1），明显长于TV1电压传感器信号线屏蔽层引线（100mm）长度，引线线径只有0.5mm2，屏蔽层与地之间阻抗较大，当有高频干扰信号时，信号端与地间形成共模干扰电压，造成控制单元采样异常。
图 1 电压传感器接线 2.1.4故障处理
将TV2电压传感器接地线剪短，就近接地后，启动四象限，1车变流器工作正常。 运行中故障变流器按照上面方法整改后，故障消除。后期，所有在线和新造变流器按照该方案完成批量整改。
2.2 试验接地线虚接导致控制单元复位故障 2.2.1 故障现象
牵引辅助变流器在进行模块低温研究性试验过程中，常温状态，在牵引和制动工况多次出现TCU报复位故障，牵引逆变器电流不平衡故障（见图2）跳主断路器故障。
图 2 ACU故障记录
图3 故障时刻波形 2.2.2 故障排查
1、分析故障时刻故障代码为看门狗故障（见图4）
图 4 故障代码
看门狗用于定期查看芯片内部的情况，一旦发生错误就会向芯片发出重启信号的电路，防止程序跑飞，避免程序运行过程出现死循环，看门狗命令在程序的中断处理中拥有最高的优先级。
变流器看门狗程序包括硬件看门狗和软件看门狗，硬件看门狗在ATLS版，看门狗设置周期90s；“Service Failure Notification（WARNING）”和“Service Failure Notification（RESET）”由软件看门狗事件记录器记录。
2、分析保护时刻电压电流波形无异常。
3、用波形记录仪检测24V控制电源电压和电流波形，无过电压、欠电压和过流保护。
4、重新下载TCU软件，故障现象相同；更换ALSTOM原装进口TCU，故障现象相同。
5、故障排查过程中，使用对讲机时，低压供电状态，TCU有重启现象，故障代码与图2相同，可判断为干扰问题引起。
6、检查变流器接地线与实验平台接地点安装牢靠，无油渍；变流器柜体接地点与接地线虚接（见图5），接地螺栓已紧固。
图5 变流器接地状态 2.2.3故障分析
经与现场实验人员分析，接线时先安装变流器对外四象限和逆变器主回路连线，主线路从柜体顶部走线，接地点安装接地线时空间狭小，紧固螺栓时电缆受力导致里面的接地线端子倾斜，接地线与接地点之间虚接。
2.2.4故障处理
重新安装变流器接地线后，故障消除。 3 结语
接地技术是抑制噪声和防止干扰的重要手段之一，接地
设计（或电流返回路径设计）是抑制电磁干扰、提高电子设备 EMC 性能的重要手段。正确的接地既能提高产品抗电磁干扰的能力，又能减少产品对外的EMI 发射，以及保证设备及人员的安全方面起着重要作用。
参考文献
[1] 顾秀江 CRH5G型高寒动车组牵引辅助变流器研制[J] 电子测试 2018.10 [2] 杨显进 CRH5牵引辅助变流器的研究[J] 工学硕士论文 2009.05 [3] 王柯盛 接地技术在电子电气设备运行中的应用[J] 电子技术与软件工程，2016.07
第一作者
孟丹 中车永济电机有限公司 高级工程师 主要从事变流器布线相关工作 联系电话：181****2450
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