淺析HXD3型機(jī)車(chē)APU故障的原因及其處理

摘 要：根據(jù)HXD3型電力機(jī)車(chē)現(xiàn)場(chǎng)情況，分析APU輔助變流器常見(jiàn)故障及原因，并提出對(duì)策。

關(guān)鍵詞：HXD3電力機(jī)車(chē)；APU輔助變流器；常見(jiàn)故障；

文章編號(hào)：1674-3520（2015）-05-00-01

目前，HXD3型交流傳動(dòng)貨運(yùn)電力機(jī)車(chē)是我局的主型干線機(jī)車(chē)，擔(dān)負(fù)著重要的牽引任務(wù)。在運(yùn)用中機(jī)車(chē)上的輔助變流器（簡(jiǎn)稱(chēng)APU）為機(jī)車(chē)的通風(fēng)機(jī)、油泵、水泵、空氣壓縮機(jī)等重要部件提供電源。如果輔助變流器出現(xiàn)故障，將導(dǎo)致機(jī)車(chē)跳主斷、途中停車(chē)等后果，嚴(yán)重影響機(jī)車(chē)運(yùn)行質(zhì)量。

一、APU輔助變流裝置原理及性能參數(shù)

（一）基本原理

HXD3型機(jī)車(chē)配備2臺(tái)輔助變流器。輔助變流器APU通過(guò)四象限整流器單元把牽引變流器二次線圈提供的交流電轉(zhuǎn)換為電壓恒定的750V直流電，一方面為110V蓄電池充電裝置PSU提供電源，另一方面供給由IGBT構(gòu)成的PWM脈寬調(diào)制逆變器單元，通過(guò)逆變器最終轉(zhuǎn)換為三相交流電源提供給輔助電動(dòng)機(jī)組。HXD3型機(jī)車(chē)配備的2臺(tái)輔助變流器，每臺(tái)的額定容量均為230kVA，分別由牽引變壓器的2個(gè)輔助繞組供電，輔助繞組的電壓均為399V。APU1主要是為6臺(tái)牽引電機(jī)通風(fēng)機(jī)和2臺(tái)復(fù)合冷卻器通風(fēng)機(jī)提供變壓變頻（VVVF）電源，APU2主要為了給2臺(tái)壓縮機(jī)電機(jī)、2臺(tái)牽引變壓器油泵、2臺(tái)主變流柜水泵、2臺(tái)司機(jī)室空調(diào)、2臺(tái)輔助變流器風(fēng)機(jī)提供恒壓恒頻（CVCF）的電源。同時(shí)APU2還經(jīng)過(guò)隔離變壓器，分別向司機(jī)室輔助加熱設(shè)備、衛(wèi)生間及壓縮機(jī)加熱回路和低溫預(yù)熱設(shè)備提供交流220V和交流110V電源。在正常情況下2組輔助變流器全部投入使用，基本上以50%的額定容量運(yùn)行。輔助變流器APU1工作的變壓變頻方式，輔助變流器APU2工作在恒壓恒頻方式，分別向機(jī)車(chē)輔助電路供電。當(dāng)某一套輔助變流器發(fā)生故障時(shí)，機(jī)車(chē)微機(jī)系統(tǒng)（TCMS）通過(guò)檢測(cè)，自動(dòng)發(fā)出指令，斷開(kāi)故障APU對(duì)應(yīng)的輸出接觸器（KM11或KM12），再自動(dòng)閉合故障轉(zhuǎn)換接觸器（KM20），切除故障APU，把發(fā)生故障的APU的負(fù)載切換到另一組APU，由改組APU承擔(dān)起機(jī)車(chē)全部的輔助電動(dòng)機(jī)負(fù)載。此時(shí)，該輔助變流器按照恒壓恒頻方式工作，從而確保機(jī)車(chē)輔助電動(dòng)機(jī)供電系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

基本性能參數(shù)

APU構(gòu)成 整流器單元1臺(tái)+逆變器單元1臺(tái) ×2組 機(jī)車(chē)

輸入電壓?jiǎn)蜗?單相交流399V

輸入頻率 50Hz

中間直流環(huán)節(jié)電壓 直流 750V

元件類(lèi)型 IGBT（1700V，1200A）

輸出電壓CVCF 230KVA-380V-50Hz- p. f. = 0.85

VVVF 230KVA-380V-50Hz-p. f. = 0.85

頻率可變范圍 0.2～50Hz

電壓可變范圍 2 ～380V

冷卻方式 強(qiáng)制風(fēng)冷方式

（二）輔助變流器裝置通風(fēng)冷卻系統(tǒng)

機(jī)車(chē)的2臺(tái)輔助變流裝置，分別安裝在2臺(tái)牽引變流裝置柜內(nèi)，具有各自獨(dú)立的通風(fēng)冷卻系統(tǒng)。每臺(tái)輔助變流器通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)過(guò)程如下：冷卻空氣由車(chē)頂側(cè)濾網(wǎng)進(jìn)入輔助變流器裝置柜進(jìn)風(fēng)口后，經(jīng)柜內(nèi)通道、離心通風(fēng)機(jī)、散熱元件到柜排風(fēng)口然后從車(chē)底排入大氣。

輔助變流器通風(fēng)支路的冷卻空氣走向如下：

車(chē)外空氣→車(chē)頂濾網(wǎng)→輔助變流器裝置柜進(jìn)風(fēng)口→通道→離心通風(fēng)機(jī)→各散熱元件→風(fēng)道→柜出口→車(chē)底大氣。

離心沉降過(guò)濾器性能：

（1）風(fēng)速為4m/s時(shí)：

平均水滴20 μm過(guò)濾效率為90%以上；

塵埃60μm以上的過(guò)濾效率為80%以上。

（2）額定風(fēng)量：0.5m3/s。

二、常見(jiàn)的HXD3型機(jī)車(chē)APU故障類(lèi)型分析及原因

（一）負(fù)載故障造成APU報(bào)警，顯示APU故障

原因分析：2014年12月3日，HXD3-0875機(jī)車(chē)運(yùn)用途中司機(jī)發(fā)現(xiàn)輔變流燈、水泵燈亮、輔接地?zé)袅?，合不上主斷。司機(jī)處理無(wú)效，請(qǐng)求救援。故障原因：第一牽引風(fēng)機(jī)電機(jī)內(nèi)部接地造成APU1接地，當(dāng)APU1故障時(shí)，機(jī)車(chē)微機(jī)控制監(jiān)控系統(tǒng)（TCMS）自動(dòng)切換到APU2，由于第一牽引風(fēng)機(jī)被附加到APU2上，所以又引起APU2接地，輔接地?zé)袅?；?dāng)APU1、APU2故障時(shí)造成水泵停轉(zhuǎn)，顯示水泵燈亮；當(dāng)每一組輔助變流器的輸出回路中，負(fù)載接地時(shí)，向微機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出跳主斷的信號(hào)，造成停車(chē)。拆解第一牽引風(fēng)機(jī)，發(fā)現(xiàn)電機(jī)軸承塌架。軸承塌架后電機(jī)掃膛打壞繞組，造成電機(jī)接地。

（二）APU污損故障

故障發(fā)生時(shí)TCMS顯示屏顯示“APU污損”。原因：雖然輔助變流器通風(fēng)系統(tǒng)有濾網(wǎng)對(duì)空氣進(jìn)行過(guò)濾，但經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期積累，仍然會(huì)導(dǎo)致APU整流、逆變單元冷卻用的散熱器散熱片上集聚大量灰塵，堵塞散熱片通風(fēng)和散熱的通道，散熱效果差，造成APU溫度升高。機(jī)車(chē)運(yùn)行中檢測(cè)到APU溫度過(guò)高，就會(huì)自動(dòng)報(bào)警，TCMS微機(jī)屏顯示APU污損，并自動(dòng)切除故障的一組APU，另一組APU承擔(dān)全部負(fù)載。當(dāng)另一組APU同時(shí)出現(xiàn)溫度過(guò)高時(shí)，則無(wú)法維持運(yùn)行，將會(huì)造成機(jī)破。我們分解了三臺(tái)運(yùn)用一年以后的輔助變流裝置，發(fā)現(xiàn)散熱器上灰塵很多。

三、處理措施

（一）牽引風(fēng)機(jī)出現(xiàn)異常及時(shí)更換

機(jī)車(chē)出入庫(kù)時(shí)由地勤檢查人員對(duì)牽引風(fēng)機(jī)工作狀態(tài)進(jìn)行檢查，風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)振動(dòng)大的電機(jī)，必須立即更換電機(jī)軸承。機(jī)車(chē)乘務(wù)員途中發(fā)生APU故障報(bào)警、跳主斷，應(yīng)急處理首先從微機(jī)屏甩除APU1、2，從控制柜斷開(kāi)脫扣開(kāi)關(guān)甩除8個(gè)風(fēng)機(jī)及2個(gè)油泵、2個(gè)水泵，然后閉合主斷，逐個(gè)恢復(fù)甩除的裝置?；謴?fù)到哪個(gè)負(fù)載又出現(xiàn)故障時(shí)，甩掉該負(fù)載恢復(fù)其它裝置維持運(yùn)行。減少對(duì)運(yùn)輸?shù)挠绊憽?/p>

（二）吹掃散熱片灰塵

在兩次C4級(jí)修程（對(duì)應(yīng)以前的二年檢）之間增加一次吹掃范圍：拆下離心通風(fēng)機(jī)，使用壓縮空氣將輔變流裝置散熱片上的灰塵吹掃干凈。

每年3月至10月出入庫(kù)整備時(shí)測(cè)量風(fēng)速，將風(fēng)速儀置于機(jī)車(chē)輔助變流器出風(fēng)口下部，測(cè)試出風(fēng)口風(fēng)速不低于3.5m/s。低于3.5m/s時(shí)采取清理通風(fēng)濾網(wǎng)等措施直到風(fēng)速達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

（三）對(duì)APU不啟動(dòng)的處理

1、同期網(wǎng)壓信號(hào)線接反，可將92號(hào)與100號(hào)線對(duì)調(diào)，

2、KM11或KM12信號(hào)異?；蛭摧斎耄璐_認(rèn)該信號(hào)是否已輸入到CN5-26中，或者檢查KM11、KM12上信號(hào)是否已經(jīng)輸出了；

3、DCPT故障，需檢測(cè)確認(rèn)DCPT的電阻阻值和輸出值是否正常。

四、實(shí)施效果

通過(guò)采取以上5項(xiàng)措施，效果良好。截止目前，尚未發(fā)生因輔助變流器故障而造成機(jī)破的重任事件。

參考文獻(xiàn)：

[1]《HXD3型電力機(jī)車(chē)》中國(guó)鐵道出版社，2010.