SS8、SS9機(jī)車電機(jī)電流不平衡故障分析

吳傳鴿 上海鐵路局上海機(jī)務(wù)段

SS8、SS9機(jī)車作為當(dāng)前鐵路主要干線特快、快速客運(yùn)列車牽引的主力機(jī)型，目前上海機(jī)務(wù)段共支配SS8機(jī)車41臺，SS9機(jī)車29臺。2010年共預(yù)報(bào)運(yùn)行中電機(jī)電流不平衡116臺次，涉及機(jī)車32臺。機(jī)車運(yùn)行中發(fā)生電機(jī)電流不平衡，將直接降低機(jī)車牽引力，甚至造成跳主斷而失去牽引力。作為機(jī)車運(yùn)用中的慣性故障，對運(yùn)行中電機(jī)電流不平衡故障原因的準(zhǔn)確判斷和及時處理就顯得尤為重要。

1 問題調(diào)查

通過對2010年發(fā)生的116件電機(jī)電流不平衡故障原因進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析，發(fā)現(xiàn)故障原因主要集中在傳感器故障、微機(jī)控制柜故障、整流裝置故障、輪徑設(shè)置問題及其他，具體見表1。

表1 電流不平衡故障統(tǒng)計(jì)表

2 控制原理分析

2.1 微機(jī)控制原理

SS9機(jī)車微機(jī)控制診斷系統(tǒng)采用TPW8A型微機(jī)控制柜和TFT彩色液晶顯示診斷裝置構(gòu)成，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)車牽引/制動、列車供電、自動過分相等控制功能，同時提供防空轉(zhuǎn)（滑行）保護(hù)，故障監(jiān)控、記錄，故障處理提示功能，并且具有完善的高低壓自檢功能?？刂圃硪妶D1。

圖1 微機(jī)控制原理圖

SS9機(jī)車機(jī)車特性的控制方法采用速度與電流的雙閉環(huán)控制，電壓的限制環(huán)節(jié)作為輔助控制。圖1中，虛線框內(nèi)部分為電子控制部分，由微機(jī)柜來完成。首先司控器給出指定速度與通過速度傳感器檢測出的機(jī)車實(shí)際速度比較，得出當(dāng)前所需的電機(jī)電流值。該值送入電流控制部分作為控制指定值，與機(jī)車的實(shí)際電機(jī)電流值相比較得出整流橋的整流輸出電壓控制值。脈沖的形成與放大環(huán)節(jié)由脈沖發(fā)生器負(fù)責(zé)執(zhí)行，進(jìn)而控制整個機(jī)車的主回路工作狀態(tài)。限制環(huán)節(jié)只在電機(jī)電壓達(dá)到限制值時，對整流輸出電壓進(jìn)行抑制。機(jī)車在微機(jī)控制下，通過速度、電流、電壓三個參數(shù)的不斷調(diào)節(jié)來控制機(jī)車速度。

2.2 特性控制原理

SS9機(jī)車采用恒流準(zhǔn)恒速特性控制：即低速時的恒流控制和設(shè)定速度點(diǎn)的準(zhǔn)恒速控制。司控器的每一個給定點(diǎn)對應(yīng)著一條特性曲線。

SS9機(jī)車特性控制函數(shù)公式如下：

式中Im--牽引電機(jī)給定電流，A；

n--牽引級位，0～18級連續(xù)可調(diào)；

v--機(jī)車速度，km/h。

在粘著限制的范圍內(nèi)，機(jī)車首先按照恒流起動（110 n），待機(jī)車速度升高進(jìn)入特性的準(zhǔn)恒速控制區(qū)，即(880 n-88 v)后，機(jī)車按準(zhǔn)恒速運(yùn)行，同一級位速度變化范圍為10 km/h，在高級時受最大起動電流1 305 A限制。整流裝置采用順控方式，先開放大橋，再依次開放兩段小橋。當(dāng)電機(jī)電壓達(dá)到限制值后，自動進(jìn)行無級磁場削弱。SS9機(jī)車控制最深磁場削弱系數(shù)為0.49。同時控制系統(tǒng)對運(yùn)行中的軸重轉(zhuǎn)移進(jìn)行電氣補(bǔ)償，前后兩個轉(zhuǎn)向架中前架減載5%，后架增載5%，額定電流以下不進(jìn)行補(bǔ)償。

3 電流不平衡原因分析

通過以上微機(jī)控制原理及特性控制原理分析，結(jié)合檢修運(yùn)用中實(shí)際案例，可以看出影響電機(jī)電流并直接造成電流不平衡的原因主要有：傳感器故障、微機(jī)控制柜故障、整流裝置故障、輪徑設(shè)置不當(dāng)、小齒輪弛緩、機(jī)車空轉(zhuǎn)、軸重轉(zhuǎn)移、電機(jī)制造時的固有差異等。

3.1 傳感器故障

3.1.1 電流、電壓傳感器故障

電流、電壓傳感器使用中發(fā)生飄移，或靜差過大，直接反饋到控制系統(tǒng)，導(dǎo)致電流、電壓輸出值不準(zhǔn)確，造成電流不平衡。電流、電壓傳感器故障在庫內(nèi)檢查即可發(fā)現(xiàn)，在機(jī)車靜止時提手柄至2-3級，進(jìn)入顯示診斷裝置"格式二"菜單，檢查各電機(jī)的電流、電壓，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值如果達(dá)到50 A或50 V左右時，應(yīng)更換傳感器。3.1.2速度傳感器故障

速度傳感器飄移將造成測速誤差，導(dǎo)致速度修正后的兩架速度有偏差，甚至引起防空轉(zhuǎn)誤動作，造成電流不平衡。速度傳感器故障可通過微機(jī)實(shí)時監(jiān)控故障顯示、兩架速度不一致、途中空轉(zhuǎn)預(yù)報(bào)等簡單判斷，回段后對傳感器進(jìn)行檢查、試驗(yàn)，確認(rèn)后進(jìn)行更換。

3.2 微機(jī)控制柜故障

微機(jī)控制柜故障主要為插件板松脫、不良等。微機(jī)控制柜通過司機(jī)的速度給定對全車進(jìn)行控制，一旦控制系統(tǒng)發(fā)生故障必然會出現(xiàn)電流不平衡。對于微機(jī)控制柜故障，可進(jìn)行轉(zhuǎn)架試驗(yàn)，或根據(jù)相關(guān)作業(yè)指導(dǎo)書觀察插件板指示燈狀態(tài)和通過測試孔測量可疑信號等進(jìn)行判斷。

3.3 整流裝置故障

整流裝置故障主要為整流裝置某橋臂不良或單個晶閘管故障。整流裝置故障，一般在速度不高時電流偏差不會很明顯，因?yàn)檠b置本身可以增加移相控制量來達(dá)到所需要的電流。達(dá)到高速時，由于可用的橋已全開放、整流電壓再不能升高時，造成電流不平衡。

3.3.1 兩架電流不平衡

機(jī)車在110 km/h左右運(yùn)行時，機(jī)車的整流電壓一般達(dá)到1 100 V的電壓限制值，才能維持機(jī)車在較大電流下工作。如果某架某橋臂故障，會造成整流電壓達(dá)不到這一數(shù)值，該架便提前開始磁場削弱，以維持牽引控制的目標(biāo)牽引電流，這時會表現(xiàn)為兩架牽引電機(jī)電樞電流一致而勵磁電流不一致；當(dāng)機(jī)車進(jìn)一步提高速度運(yùn)行時，發(fā)生橋臂故障的轉(zhuǎn)向架在磁場削弱達(dá)到0.49以后，便會發(fā)生兩架牽引電流不平衡。此類故障可根據(jù)以上勵磁電流不一致或高速時發(fā)生兩架不平衡等現(xiàn)象進(jìn)行判斷，對相應(yīng)橋臂進(jìn)行檢查。

3.3.2 電機(jī)間電流不平衡

機(jī)車在110 km/h以上，整流裝置利用磁場削弱晶閘管的開通，提高電機(jī)電流。如果某電機(jī)磁場削弱晶閘管發(fā)生故障，將使得同一架發(fā)生電機(jī)間電流不平衡，由于持續(xù)發(fā)生一般還將伴隨小齒輪弛緩的誤報(bào)，并跳主斷。此類故障可根據(jù)預(yù)報(bào)，檢查、測量相應(yīng)晶閘管的內(nèi)阻或上試驗(yàn)臺進(jìn)行判斷、處理。

3.4 輪徑設(shè)置不當(dāng)

兩架間輪徑設(shè)置不一致，也會引起兩架電流不平衡。在微機(jī)控制系統(tǒng)中，兩個轉(zhuǎn)向架的機(jī)車速度根據(jù)輪對轉(zhuǎn)速取樣值和本架輪徑設(shè)置進(jìn)行計(jì)算，即v=nπD。兩個轉(zhuǎn)向架計(jì)算的機(jī)車速度不一致，當(dāng)機(jī)車從恒流起步加速時，兩架進(jìn)入準(zhǔn)恒速控制的時間不同步，輪徑設(shè)置偏大的一架速度偏高，而電流偏?。灰虼艘饳C(jī)車在恒速運(yùn)行階段兩架電流不平衡。輪徑設(shè)置不當(dāng)一般發(fā)生在機(jī)車輪徑變化（落輪、不落輪鏇削）進(jìn)行設(shè)置后，或更換微機(jī)信息顯示插件板后，可通過運(yùn)行中兩架速度不一致、微機(jī)與監(jiān)控系統(tǒng)速度偏差、查看顯示診斷裝置"二級顯示"中輪徑數(shù)值進(jìn)行判斷，并相應(yīng)修正輪徑數(shù)值。微機(jī)與監(jiān)控輪徑設(shè)置偏差較大時，將影響監(jiān)控裝置位置自動修正，因此機(jī)車輪徑變化后，應(yīng)立即修正微機(jī)輪徑設(shè)置，同時對監(jiān)控裝置輪徑進(jìn)行重新設(shè)置。

3.5 小齒輪弛緩

牽引電機(jī)發(fā)生小齒輪弛緩將直接導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)速升高而電流減小，造成電機(jī)電流不平衡。微機(jī)控制系統(tǒng)具有小齒輪弛緩保護(hù)功能，當(dāng)同架兩個電機(jī)電流大于200 A，而兩個電機(jī)的電流差值比電流大者超過30%，并延續(xù)5 s以上時，小齒輪弛緩保護(hù)動作跳主斷。

3.6 其他

3.6.1 空轉(zhuǎn)

機(jī)車運(yùn)行中發(fā)生空轉(zhuǎn)時，電機(jī)轉(zhuǎn)速升高，電流上升，造成電流不平衡。由于空轉(zhuǎn)造成的電流不平衡，會隨著防空轉(zhuǎn)投入后的自動撒砂來抑制空轉(zhuǎn)，降低電流。因此電流不平衡僅發(fā)生在空轉(zhuǎn)時，空轉(zhuǎn)恢復(fù)后電流也會恢復(fù)正常。

3.6.2 軸重轉(zhuǎn)移

機(jī)車運(yùn)行中發(fā)生軸重轉(zhuǎn)移時，當(dāng)電機(jī)電流大于額定電流，軸重轉(zhuǎn)移補(bǔ)償發(fā)生作用，使得前架減載5%，后架增載5%，造成兩架電流不平衡。

3.6.3 電機(jī)本身特性

另外牽引電機(jī)生產(chǎn)制造時的固有特性差異造成的電流不平衡，由于屬電機(jī)本身差異，本文不作分析。

4 結(jié)束語

從以上分析可以看出，發(fā)生電流不平衡的原因中，輪徑設(shè)置不當(dāng)、空轉(zhuǎn)、軸重轉(zhuǎn)移和電機(jī)制造特性不屬于故障引起的電流不平衡，且所占比例較小。其他發(fā)生較多的均為配件質(zhì)量造成，因此針對不同的故障現(xiàn)象準(zhǔn)確判斷故障原因，才能在第一時間處理到位，避免重復(fù)發(fā)生。