1动车组牵引系统概述
动车组牵引系统的架构模型创建，是将牵引系统的白盒活动通过识别基本功能分配给牵引系统的子系统。在逻辑子系统的划分过程中，并不确定具体的部件，只是根据基本功能实现子系统的概念划分，勾勒出系统的输入、输出、满足的约束和资源等方面。以最清晰明了的方式呈现给设计者，使设计者能够快速准确地捕获系统框架并展示划分后的系统接口。
牵引系统结构包括以下方面。整流模块：牵引变压器输出的交流电输入整流器。整流器由变频器、IGBT、交流接触器构成。通过无接点控制装置可将交流电转为直流电，同时设置电流互感器以检测电流。再生制动时变流器输出交流电，并通过变压器提供交流电，交流接触器控制牵引主电路。中间直流模块：无接点控制装置输出的直流电无法满足供电需求，存在高次谐波，会影响逆变模块的电压效果，因此需要在逆变之前将电压进行滤波，降低逆变时电压波动，为满足储能要求，同时设置电容器。逆变模块：逆变模块采用车控方式，滤波电容器电压通过IGBT控制指令转为三相交流电压实现电机牵引功能，在逆变器输出交流电路上，车顶位置安装电流互感器，检测电流异常情况。
牵引系统接地保护设计原理。某型动车组牵引系统采用交—直—交变流技术，正常情况下，牵引变流器中间直流环节电压应为2700～3600V。为确保系统正常运行，中间直流环节设置了接地检测装置，接地检测保护值设置为中间电压的1/4，接地检测保护值理论值应为25%，接地检测保护值设定范围为5%～32.5%，当接地检测保护值超出设定范围，就会诊断为接地故障。
2动车组牵引系统接地故障分析
（1）运行过程中电机绕组受到风沙侵蚀造成电机端部绕组及槽口表面线圈磨损，绝缘薄弱。（2）前期检修定子内腔清洗过程采用冲洗工艺，传动端线圈暴露外部，直接冲洗可能会造成个别槽口及端部线圈绝缘受损，污渍浸入线圈内部，导致绝缘薄弱。（3）YJ105A系列电机定子采用的绝缘漆为有机硅树脂，具有优良的耐热性和电气绝缘性能，但存在高温粘接力低，机械强度相对较低等材料固有特点。在电机运行中的高温振动环境下，浸渍漆由于粘接强度低，振动容易产生微小裂纹（尤其在槽口部位线圈绝缘与铁心交界处），受潮后形成导电通道，造成绝缘性能降低。（4）电机在高压方波脉冲电压作用下，定子绕组端部出槽口处电场分布极不均匀，产生电晕放电，使绝缘性能降低。特别是在潮湿环境下，局部放电量大大增加，在电机绕组绝缘失效过程中起到加速作用。
3接地故障处理措施
3.1故障预防措施
故障预防措施是确保动车组稳定运行的基石。第一,进行定期维护和检查是预防故障的关键。这包括对牵引系统的电机逆变器、高速断路器等关键部件,以及辅助供电系统的充电机模块、蓄电池组等进行周期性的检查和维护。检查内容应涵盖部件的物理状况、运行数据和性能指标,以便及时发现和解决潜在问题;第二,系统升级和技术改造也是重要的预防措施。随着技术的发展,更新老旧的系统组件,采用更先进、更可靠的技术,可以有效提升系统的整体性能和稳定性;第三,培训操作和维护人员,确保他们了解系统的工作原理和故障预防策略,也是防止误操作导致故障的有效方法。通过这些综合措施,可以大大降低故障发生的概率,保障动车组运行的安全性和可靠性。
3.2故障诊断技术
故障诊断技术是快速准确处理故障的关键。动车组系统通常装备有先进的监控和诊断系统,这些系统能够实时收集运行数据,通过分析这些数据,可以快速定位故障源。例如,通过对电动机的电流和电压波形进行分析,可以判断是否存在逆变器故障。同样,通过监测电池组的充电状态和电压分布,可以预测和诊断辅助供电系统的潜在问题。采用人工智能技术,如机器学习和模式识别,能够从大量的历史数据中学习故障模式,提高故障诊断的准确性和效率。通过这些高级的故障诊断技术,可以在故障发生初期及时发现并处理,避免故障扩大,减少对动车组运行的影响。
3.3接地故障建模分析
接地故障类型主要包括：中间回路正极接地故障、中间回路负极接地故障、变压器次边接地故障、牵引逆变器输出接地故障和辅助逆变器输出接地故障。如电阻R1、R3、电容C1和R1两端的电压传感器构成接地检测回路，未发生接地故障时，接地检测电压ug=udc×R3(R1+R3)；当发生接地故障时，接地检测电压值分析如下：①中间回路正极接地时，ug=0。②中间回路负极接地时，ug=udc。③变压器次边绕组接地分为同名端接地和异名端接地，且接地检测电压值取决于与整流桥各开关管的导通状态。同名端接地时，ug与T1和T2管的导通状态相关，当T1管导通时，ug=0；当T2管导通时，ug=udc。异名端接地时，ug与T3和T4管的导通状态相关，当T3管导通时，ug=0；当T4管导通时，ug=udc。因此可知，变压器次边绕组接地时，接地检测电压是在0和udc之间来回跳变的，且跳变频率与四象限驱动信号的频率一致。④牵引逆变器输出接地时，接地检测电压值取决于逆变桥各开关管的导通状态。U相接地时，ug与U相上桥臂SU+和下桥臂SU-管的导通状态相关，当SU+管导通时，ug=0；当SU-管导通时，ug=udc。同理，V相或W相接地时，接地检测电压值与对应的上下桥臂开关管状态一致。因此可知，牵引逆变器输出接地时，接地检测电压是在0和udc之间来回跳变的，且跳变频率与牵引逆变器驱动信号的频率一致。⑤辅助逆变器输出接地时，与牵引逆变器输出接地类似，接地检测电压也是在0和udc之间来回跳变的，且跳变频率与辅助逆变器驱动信号的频率一致。
3.4故障修复与恢复策略
一旦故障被诊断出来,故障修复与恢复策略就显得尤为重要。首先,应立即采取措施隔离故障区域,防止故障扩散。其次,根据故障类型和严重程度,制定相应的修复计划。对于一些简单的故障,可能只需要调整系统参数或重置设备。对于更复杂或更严重的故障,则可能需要更换损坏的部件或进行大规模的修复工作。在修复过程中,应采用标准化的操作流程,确保修复工作的质量和效率。修复完成后,需要对系统进行全面的测试,确保所有系统恢复到正常工作状态,并符合安全标准。最后,应对故障原因和修复过程进行详细的记录和分析,这些信息将为未来的故障预防和处理提供宝贵的经验和数据支持。
4结语：根据动车组牵引系统接地故障电压平均值与中间直流母线电压的比值以及FPGA检测出的接地故障标志位判断牵引系统是否发生接地故障。当接地故障标志位置1时，分时封锁牵引逆变器和辅助逆变器脉冲，通过脉冲封锁前后接地故障是否消失，来逐步判断接地故障点的可能位置，并采取不同程度的保护措施；当接地故障电压平均值与中间直流母线电压的比值超过或低于接地故障门槛值时，可直接判断出牵引变流器正极或负极母线发生接地故障。试验结果验证了目前所使用的牵引变流器接地故障检测策略的可行性。能够有效保证动车组安全运行，并降低接地故障的维护检修难度和检修周期。
参考文献：
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[3]国家铁路局.铁道车辆水密性试验方案TB/T1802—2016[S].北京：中国铁道出版社，2016.
作者简介：苏钰文(2000.3-)，男，汉族，山东威海，大学本科，助理工程师，研究方向：动车组运用检修。