對HXD3型電力機(jī)車蓄電池故障的分析與對策

陳國強(qiáng)

（南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇南京210015）

1 發(fā)生故障情況

HXD3-024機(jī)車擔(dān)當(dāng)L453次旅客列車（牽引18輛、換長42.9、重1 016t），運(yùn)行至南京站過分相后，TCMS屏出現(xiàn)“DC 110V運(yùn)轉(zhuǎn)停止”等故障，后維持運(yùn)行進(jìn)南京站8道，檢查機(jī)車控制電壓只有60V，請求救援。

2 機(jī)車回機(jī)務(wù)段檢查情況

回機(jī)務(wù)段后對機(jī)車進(jìn)行檢查：機(jī)車總控制電壓為75V，機(jī)車無法升弓試驗(yàn)，重新對機(jī)車蓄電池補(bǔ)充電，蓄電池充電正常，電壓升至110V。升弓試驗(yàn)檢查機(jī)車APU、PSU工作狀態(tài)均正常，無任何故障顯示。閉合QA56（直流加熱）斷路器，直流加熱正常。再閉合QA72（交流加熱）斷路器，交流加熱正常。但發(fā)現(xiàn)KE11繼電器（交、直流轉(zhuǎn)換繼電器）工作狀態(tài)指示燈雖亮，但該繼電器未能正確動(dòng)作，直流加熱電路未正常斷開，始終處于放電狀態(tài)。

3 電路分析

圖1是HXD3型電力機(jī)車低溫加熱及直流交流轉(zhuǎn)換電路示意圖。機(jī)車在沒升弓合主斷前，輔助變流器由于沒有輸入電源，不能工作，因此，不能給低溫加熱電路提供三相交流電源。由于DC 110V控制電源的電能是由輔助變流器中間直流電路提供的，而此時(shí)輔助變流器不工作，DC 110V控制電源（即直流110V充電電源模塊）自然也不能工作。此時(shí)低溫加熱電路只能由蓄電池提供電源。

閉合空氣自動(dòng)開關(guān)QA56，同時(shí)閉合交流加熱空氣自動(dòng)開關(guān)QA72，由于交流電路中的直流交流加熱轉(zhuǎn)換繼電器此時(shí)不得電，其串聯(lián)在直流加熱接觸器KM22得電電路中的常閉觸頭閉合，其串聯(lián)在交流加熱接觸器KM21得電電路中的常開觸頭斷開，使KM21不得電。KM21串聯(lián)在KM22得電電路中的常閉觸頭閉合，這樣便接通直流加熱接觸器KM22得電電路，KM22得電動(dòng)作，其常開觸頭閉合，機(jī)車首先使用蓄電池對機(jī)車110V電源裝置、LC濾波裝置、TCMS與APU加熱。

當(dāng)機(jī)車可以正常升弓合主斷后，輔助變流器工作，輸出三相交流電，經(jīng)隔離變壓器AT降壓后，給交流加熱電路提供電源，從AT1次邊三個(gè)繞組中間分別抽頭出281、282和283號線，經(jīng)過交流加熱空氣自動(dòng)開關(guān)QA72分別使284、285、286號線得電，284號線得電后，使直流交流轉(zhuǎn)換繼電器KE11得電，直流交流轉(zhuǎn)換繼電器KE11得電動(dòng)作，KE11得電后，其串聯(lián)在直流加熱接觸器KM22線圈電路中的常閉觸點(diǎn)斷開，使直流加熱接觸器KM22失電。KM22失電后，其串聯(lián)在交流加熱接觸器KM21電路中的常閉觸點(diǎn)閉合，而KE11得電后，其串聯(lián)在KM21電路中的常開觸點(diǎn)閉合，這樣就連通了交流加熱接觸器KM21得電電路，KM21得電后，其串聯(lián)在直流加熱接觸器KM22得電電路中的常閉觸點(diǎn)斷開，確保KM22不動(dòng)作。由于KM22的失電，其在低溫預(yù)熱回路中的各常開觸點(diǎn)斷開，從而斷開低溫預(yù)熱直流電路，KM21得電動(dòng)作，其在低溫預(yù)熱回路中的各常開觸點(diǎn)閉合，繼電器KE11和接觸器KM21閉合，接觸器KM22斷開，轉(zhuǎn)由AC 110V進(jìn)行低溫預(yù)熱，對輔助變流器、110V電源充電模塊、微機(jī)控制系統(tǒng)、濾波裝置、管路加熱套進(jìn)行加熱，還對主變流器、總風(fēng)壓力開關(guān)、重聯(lián)插座、取暖器、電熱玻璃、飲水機(jī)等進(jìn)行加熱，從而實(shí)現(xiàn)低溫預(yù)熱回路由直流供電向交流供電的轉(zhuǎn)換。

從以上電路分析可知，HXD3型電力機(jī)車直流低溫加熱電路是用于機(jī)車升弓、合主斷前對直流110V電源充電模塊、微機(jī)控制系統(tǒng)、濾波裝置、管路加熱套等進(jìn)行加熱，消耗的電能由蓄電池提供，在機(jī)車升弓、合主斷之后，就改由交流電路供電，而這一過程的轉(zhuǎn)換，是通過直流交流加熱轉(zhuǎn)換繼電器KE11完成的。

圖1 HXD3電力機(jī)車低溫加熱及直流交流轉(zhuǎn)換電路示意圖

4 蓄電池故障原因分析

徐州地區(qū)下雪氣溫較低，為確保撒沙裝置工作正常、各系統(tǒng)的正常使用，乘務(wù)員在交接時(shí)閉合了低溫預(yù)熱空氣斷路器QA56，及交流加熱空氣斷路器QA72對機(jī)車部件進(jìn)行加熱并對沙進(jìn)行加熱干燥，由上面電路分析可以看出，閉合QA72，機(jī)車由受電弓取流時(shí)，通過KE11繼電器正確動(dòng)作，應(yīng)能自動(dòng)切除直流加熱，只有在過分相時(shí)直流加熱才起作用。但如果KE11繼電器故障，不能正常動(dòng)作，情況就不一樣了，由于KE11常閉觸頭不斷開，導(dǎo)致在受電弓取流狀態(tài)下直流加熱無法自動(dòng)切除，仍處于工作狀態(tài)，另外，KE11常開觸點(diǎn)不閉合，使得交流加熱電路無法投入，這樣只能由直流電路供電。即在給各控制電路和照明、制動(dòng)等電路供電又給低溫預(yù)熱供電，由于直流電源的容量在設(shè)計(jì)時(shí)沒有考慮到同時(shí)還給低溫預(yù)熱電路供電的情況，使得直流110V控制電源顯得容量不夠。雖然HXD3電力機(jī)車設(shè)置了獨(dú)立的兩套直流110V控制電源，但兩套電源不能同時(shí)投入，這就造成與其并聯(lián)的蓄電池向外提供能量，對蓄電池來說是非常不利的。在升弓合主斷后不僅得不到DC 110V控制電源的浮充電，而且還要繼續(xù)放電，尤其是在機(jī)車過分相時(shí)，由蓄電池單獨(dú)對控制、照明、制動(dòng)、車載設(shè)備供電和低溫預(yù)熱電路供電，就造成蓄電池大電流放電。徐州到南京電氣化鐵路上分相區(qū)眾多，這就造成蓄電池容量大幅下降。南京站進(jìn)站前過分相時(shí)，主斷斷開后，機(jī)車所有的用電設(shè)備全部由蓄電池供電，蓄電池電壓下降過大，只有60V，已不能維持機(jī)車控制系統(tǒng)的正常工作，過完分相后，主斷無法閉合，直流控制電流不能再次投入，微機(jī)檢測到這一情況，顯示DC 110V運(yùn)轉(zhuǎn)停止故障信息，機(jī)車?yán)闷溥\(yùn)行的慣性，維持運(yùn)行到車站8道。但停車后因?yàn)闊o法得到動(dòng)力，而不能繼續(xù)運(yùn)行。

5 對策

這起HXD3型電力機(jī)車蓄電池故障的發(fā)生，暴露出其低溫加熱直流交流轉(zhuǎn)換電路中的問題?，F(xiàn)有的電路只使用直流交流轉(zhuǎn)換繼電器KE11這一裝置控制低溫加熱直流電路斷開不可靠，而在設(shè)置直流交流轉(zhuǎn)換繼電器KE11的同時(shí)，還應(yīng)該采取措施確保低溫預(yù)熱直流電路斷開，以免造成蓄電池虧電現(xiàn)象。

由以上分析可知，為確保HXD3型電力機(jī)車在升弓合主斷后低溫加熱直流電路可靠斷開，必須同時(shí)采取兩種斷開措施。KE11是通過其觸點(diǎn)的斷開，使直流加熱接觸器得電電路斷開，從而使直流低溫預(yù)熱直流電路斷開，那么我們必須在其他地方再設(shè)置一個(gè)可以控制的斷點(diǎn)。前已述及，在低溫預(yù)熱電路電源輸入端有一個(gè)低溫預(yù)熱空氣斷路器QA56，QA56處于斷開位置就可以斷開低溫預(yù)熱直流電路，但QA56通常需要人工操作，只有在過載、過流情況下才自動(dòng)跳開。所以這個(gè)斷點(diǎn)不象KE11可以自動(dòng)控制，為保證在機(jī)車升弓合主斷后，電路在QA56處及時(shí)斷開，可以在直流110V電源輸入端設(shè)置控制斷點(diǎn)。建議QA56不要直接和直流110V控制電源的正線350號線連接，而是要經(jīng)過一個(gè)非門控制電路，再和直流110V控制電源的正線350號線連接。非門控制電路輸入信號為主斷路器QF1狀態(tài)信號431號線。低溫預(yù)熱直流電源非門控制電路示意圖見圖2。其作用過程是當(dāng)主斷沒有閉合時(shí)，431號線不得電，其電位為低電平，非門控制電路輸出高電平，給低溫預(yù)熱直流電路供電，一旦主斷路器閉合，431號線得電，其電位由低電平變?yōu)楦唠娖?，那么非門控制電路就輸出低電平，斷開低溫預(yù)熱直流電路電源。這一非門控制電路和KE11并行使用，確保升弓合主斷后，低溫加熱直流電不工作，從而避免對蓄電池的損害，提高機(jī)車運(yùn)行的可靠性。

圖2 控制電路

6 結(jié)束語

由于HXD3型電力機(jī)車低溫預(yù)熱直流供電電路的斷開只依賴于直流交流轉(zhuǎn)換繼電器KE11得電動(dòng)作這一個(gè)途徑，當(dāng)直流交流轉(zhuǎn)換繼電器KE11發(fā)生故障，不能正常動(dòng)作時(shí)，直流電源便不能斷開，致使機(jī)車在運(yùn)行一段時(shí)間后，造成蓄電池嚴(yán)重虧電，使機(jī)車不能繼續(xù)運(yùn)行，影響了鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩珪惩?，如果低溫預(yù)熱直流供電電路另設(shè)一個(gè)可控制的斷點(diǎn)，則可以確保機(jī)車在升弓合主斷后低溫預(yù)熱直流供電電路可靠斷電，從而保護(hù)蓄電池不致虧電。這可以采用一個(gè)非門控制電路來解決。

［1］鐵道部運(yùn)輸局裝備部.HXD3型電力機(jī)車［M］.北京：中國鐵道出版社，2011.

［2］張曙光.HXD3型電力機(jī)車［M］.北京：中國鐵道出版社，2009.

［3］李 新.HXD3型機(jī)車用DC 110V電源裝置［J］.電力機(jī)車與城軌車輛，2008，31（2）：42-44.