項(xiàng) 彬

(廈門金龍聯(lián)合汽車工業(yè)有限公司, 福建 廈門 361023)

B級(jí)電壓[1-3]是電動(dòng)客車與傳統(tǒng)客車電氣主要差別。傳統(tǒng)客車一般只使用DC 36 V以下的安全電壓，而電動(dòng)客車除此外，還使用B級(jí)電壓。B級(jí)電壓不屬于安全電壓，如果其通電導(dǎo)線與金屬車身之間的絕緣出現(xiàn)問題，就會(huì)引起漏電事故，也稱絕緣故障。絕緣故障危害很大，需要及時(shí)有效處理。絕緣故障在剛出現(xiàn)時(shí)一般都較輕微，如果不及時(shí)有效處理而任其存在，很有可能快速升級(jí)為嚴(yán)重的絕緣故障，導(dǎo)致車輛失去動(dòng)力，會(huì)引起車載設(shè)備損壞，增加車載人員的觸電風(fēng)險(xiǎn)。

1 客車絕緣故障的解決思路

解決絕緣故障的核心是絕緣電阻的檢測(cè)。絕緣電阻是指車載動(dòng)力電池組正極或負(fù)極與金屬車身之間的電阻值。從安全性考慮，隨著動(dòng)力電池組輸出電壓U值的增加，整車絕緣電阻值R也要增加，按國(guó)家推薦標(biāo)準(zhǔn)[1]要求R/U應(yīng)>0.1 kΩ/V。已有專門的絕緣檢測(cè)儀[4-5]，可在線檢測(cè)絕緣電阻值，并通過CAN總線將數(shù)值傳遞給整車控制器。現(xiàn)在絕緣檢測(cè)儀一般安裝在BMS配電箱內(nèi)，早期也有安裝在高壓配電箱內(nèi)的。

目前絕緣檢測(cè)儀只能報(bào)整車絕緣故障，無法自動(dòng)識(shí)別具體故障設(shè)備或線路，具體絕緣故障只能依靠人工排查，其工作內(nèi)容相對(duì)專業(yè)，這是本文重點(diǎn)內(nèi)容。

電動(dòng)客車供電電路由電源、負(fù)載和中間環(huán)節(jié)三部分組成[6]，其中中間環(huán)節(jié)是電路中連接電源和負(fù)載的部分，包括導(dǎo)線和配電柜。由于絕緣故障是系統(tǒng)故障，處理流程通常從負(fù)載和導(dǎo)線的絕緣檢測(cè)開始，再到配電柜，最后才檢查電源或動(dòng)力電池組。下面就按這個(gè)順序，介紹電動(dòng)客車絕緣故障的解決方案。

2 絕緣故障的解決方案

2.1 用電負(fù)載和電纜絕緣故障的解決方案

2.1.1 故障判斷

第一步：斷掉B級(jí)電壓系統(tǒng)供電，需拔下配電柜上的全部MSD維修開關(guān)。

第二步：從配電柜快插頭上拔掉一個(gè)B級(jí)電壓用電設(shè)備。

第三步：復(fù)原全部MSD維修開關(guān)，恢復(fù)B級(jí)電壓系統(tǒng)供電，通過操作儀表臺(tái)開關(guān)和換擋器，給剩下的用電設(shè)備上電，看絕緣故障是否消除；如果消除，該拔掉的用電負(fù)載和電纜就存在絕緣故障，做好標(biāo)記，結(jié)束檢查；如果沒消除，轉(zhuǎn)入下一步。

第四步：如果所有用電負(fù)載和電纜都已檢查完畢，結(jié)束檢查；如果沒有，轉(zhuǎn)入第一步。

上面的檢查方法稱“逐個(gè)拔插法”，在行業(yè)內(nèi)廣泛使用。

2.1.2 解決方案

在明確負(fù)載和電纜存在絕緣故障后，需要找到故障點(diǎn)。在電纜快插頭從配電柜拔下后，將電纜與負(fù)載連接端子斷開，用手持式絕緣儀分別測(cè)量負(fù)載和電纜絕緣電阻，根據(jù)測(cè)得的絕緣電阻值對(duì)照表1的數(shù)值,就能判斷出是負(fù)載還是電纜存在絕緣問題。

表1 絕緣電阻值 MΩ

表1為某電機(jī)類和控制器類產(chǎn)品的絕緣值要求?，F(xiàn)在客車用高壓電纜主要是TPE型，對(duì)于AC 1 000 V/DC 1 500 V單芯標(biāo)準(zhǔn)截面積10～120 mm2電纜，絕緣體積電阻率計(jì)算見式(1)[7-8]：

ρ0=2.725×L×R/lg(D/d)

(1)

式中：L為電纜長(zhǎng)度；D、d分別是單芯高壓電纜平均外徑值、導(dǎo)體直徑值。

該型號(hào)電纜的ρ0>1015Ωmm，單根電纜長(zhǎng)度L<15×103mm，電動(dòng)車輛可用到的單芯標(biāo)稱電纜截面積一般在10～70 mm2，根據(jù)國(guó)標(biāo)[8]提供的單芯電纜參數(shù)5.65 mm≤D≤13.7 mm，4.5 mm≤d≤12.5 mm，可計(jì)算出lg(D/d)>40×10-3，并留有余量，可以推算出其絕緣電阻值R>550 MΩ，這也是表1中數(shù)值的由來。

針對(duì)負(fù)載或電纜檢測(cè)存在的絕緣問題進(jìn)行相應(yīng)處理。如果負(fù)載以下還有下級(jí)負(fù)載，如電機(jī)控制器，其下級(jí)還有驅(qū)動(dòng)電機(jī)和U、V、W電纜，當(dāng)電機(jī)控制器存在絕緣問題時(shí)，還要按上面介紹的負(fù)載和電纜處理方案，分別檢測(cè)其下級(jí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)負(fù)載和U、V、W電纜絕緣情況并做相應(yīng)處理。

如果用上面方案沒有找到絕緣故障負(fù)載，就需檢查配電柜的絕緣。

2.2 配電柜絕緣故障的判斷和解決方案

當(dāng)前電動(dòng)客車B級(jí)電壓配電柜由四合一配電箱和BMS管理配電箱組成，后者直接與動(dòng)力電池組和充電樁的動(dòng)力電源電纜相連接，一般都由動(dòng)力電池廠商配套提供；前者只對(duì)負(fù)載供電。

2.2.1 四合一配電箱絕緣故障的判斷和解決方案

在該配電箱內(nèi)，B級(jí)電壓主電路上的元器件是MSD開關(guān)、繼電器主觸點(diǎn)、熔斷器、電流分配器和銅排。在測(cè)量絕緣前，需斷掉B級(jí)電壓系統(tǒng)供電，拔出全部MSD開關(guān)，然后拔出或拆下該設(shè)備上全部B級(jí)電壓電纜；各繼電器主觸點(diǎn)恢復(fù)常態(tài)，銅排之間斷開連接。由于銅排分段造成電路不通，需按實(shí)際分段，分別測(cè)量各段主電路銅排與金屬外殼之間的絕緣電阻，按照廠商的技術(shù)要求，只要有一處測(cè)得的絕緣電阻值低于3 MΩ，就可以確定四合一配電箱存在絕緣故障；如果所有分段的絕緣電阻值都>6 MΩ，就不存在絕緣故障；如果測(cè)得的值介于3 MΩ與6 MΩ之間，表示存在絕緣隱患。從安全考慮，對(duì)存在絕緣故障的四合一配電箱一定要馬上拆除交由廠商處理，換上正常的設(shè)備。

2.2.2 BMS管理配電箱絕緣故障的判斷和處理方案

為了確保安全準(zhǔn)確地測(cè)量BMS管理配電箱的絕緣電阻值，一定要徹底切斷動(dòng)力電池正極和負(fù)極與BMS管理配電箱的連接，推薦做法是首先斷掉B級(jí)電壓系統(tǒng)供電，將所有MSD從配電柜上拔下來，再將配電柜與動(dòng)力電池正極和負(fù)極連接的全部電纜依次從動(dòng)力電池箱接線柱上拆下來并包扎好；此后，再拔出或拆下配電柜上全部B級(jí)電壓電纜。絕緣電阻測(cè)量需按箱內(nèi)銅排實(shí)際分段進(jìn)行，絕緣故障的判斷和處理方案與前述四合一配電箱的相同。

2.2.3 配電箱之間連接電纜絕緣故障的判斷和解決方案

在連接電纜快插頭從四合一配電箱和BMS管理配電箱拔下后，用手持式絕緣儀測(cè)量連接電纜絕緣值，依據(jù)絕緣值(表1),就能判斷出電纜的絕緣故障情況并進(jìn)行相應(yīng)處理。

2.3 動(dòng)力電池組的判斷和解決方案

2.3.1 動(dòng)力電池組絕緣電阻測(cè)量

建議采用國(guó)標(biāo)[1]推薦的REESS絕緣電阻的測(cè)量方法進(jìn)行測(cè)量。在該方法中，需要外加一個(gè)已知電阻R0，其阻值與REESS的最大電壓之比為0.1～0.5 kΩ/V。對(duì)于充滿電后總電壓U為410～650 V的電池組，在用此方法測(cè)量時(shí)，有下面幾點(diǎn)需要注意：

1) 動(dòng)力電池組與外部設(shè)備連接完全斷開，將動(dòng)力電池組正極和負(fù)極與BMS配電箱連接的全部電纜，依次從動(dòng)力電池箱接線柱上拆下來并包扎好，在這個(gè)過程中，需要帶電作業(yè)，要注意安全。

2) 斷掉車輛上所有控制器，包含動(dòng)力電池組內(nèi)部所有控制器，與金屬車身、車架的連接線。

3) 這個(gè)已知電阻R0推薦采用阻值為200 kΩ、功率5 W、精度≤±2%的金屬膜電阻。

4)R0的一端接在動(dòng)力電池組正極的接線柱上，另一端接到車輛大梁，要求可靠連接，不得松動(dòng)。

2.3.2 絕緣故障的判斷

(2)

根據(jù)國(guó)標(biāo)[1]和企業(yè)要求，當(dāng)Ri/U>0.5 kΩ/V時(shí)，表明不存在絕緣問題；當(dāng)0.1 kΩ/V

從安全考慮，對(duì)存在絕緣故障的動(dòng)力電池組，一定要馬上通知電池廠商到現(xiàn)場(chǎng)處理，對(duì)一時(shí)無法排除絕緣故障的電池箱一定要拆除；對(duì)存在絕緣隱患的動(dòng)力電池組，也要通知廠商到現(xiàn)場(chǎng)處理，建議先拆除存在絕緣隱患的電池箱，用正常的電池箱替換；將有絕緣故障或隱患的設(shè)備交由廠商處理。

2.4 具體案例

某輛11 m純電動(dòng)大客車，儀表報(bào)絕緣故障，此時(shí)R/U≤0.1 kΩ/V，配電系統(tǒng)無法上電工作；按2.1中的“逐個(gè)拔插法”，未發(fā)現(xiàn)用電負(fù)載的絕緣問題；然后檢查動(dòng)力電池組，發(fā)現(xiàn)電池箱有進(jìn)水現(xiàn)象，經(jīng)仔細(xì)排查，發(fā)現(xiàn)在洗車時(shí)客戶用水沖洗地板，造成水從未密封插件進(jìn)入電池箱內(nèi)部。通知電池廠商到現(xiàn)場(chǎng)，經(jīng)過判斷，將受損的電池箱拆除返廠，更換正常電池箱后故障排除，車輛恢復(fù)運(yùn)行。

3 結(jié)束語

本文介紹的絕緣故障解決方案是對(duì)現(xiàn)有維修方案的概括總結(jié)和理論提升，其主要內(nèi)容在近兩年我司和多個(gè)地級(jí)市公交協(xié)會(huì)組織的電動(dòng)客車安全維護(hù)和維修技能培訓(xùn)中多次使用，對(duì)電動(dòng)客車設(shè)計(jì)、安裝和維修人員了解和處理絕緣故障具有指導(dǎo)作用。