HXD3型電力機車110V電源裝置故障分析結果及解決方案

摘 要：HXD3型電力機車在過去的兩年多時間里共發(fā)生110V電源裝置故障32起。共發(fā)生返修次數(shù)30起。經統(tǒng)計返廠原因主要分為：售后服務人員未及時找到故障點而未能在現(xiàn)場處理致控制板返廠，為保證電源性能可靠而將懷疑有問題的單元返廠檢測，元件質量問題造成產品破壞。

關鍵詞：電力機車；電源裝置；分析；解決；

中圖分類號：U264.2 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3520（2015）-03-00-02

一、DC110V電源裝置

輸入電源來自輔助逆變器（簡稱APU）的中間直流750V電壓，通過高頻隔離變換，向機車提供穩(wěn)定的DC110V控制電壓，同時與蓄電池并聯(lián)，作為車載充電器，向蓄電池充電。機車主控制系統(tǒng)（簡稱TCMS）控制兩套PSU的工作順序，監(jiān)視PSU的工作狀態(tài)，當其中一組故障時，會自動轉換到另一組供電。PSU根據(jù)脈寬調制技術控制IGBT元件，將750V直流電壓調制為單相脈沖電壓，然后經過高頻變壓器和整流器，最后濾波輸出DC110V電壓。充電裝置的工作過程為：APU開始工作后，其中間直流回路的電壓逐漸上升至750V，控制電路檢測到此電壓并維持10s，先閉合CTT接觸器，預充電回路投人工作，中間電容FC兩端電壓上升，延時3s后預充電完成。觸發(fā)晶閘管CHS，裝置進入工作狀態(tài)，輸出IGBT門極信號，得到110V直流電源。APU停止工作后，輸入電壓下降，當FC兩端電壓低于620V時，裝置也停止工作。輸出電壓控制是雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，電壓控制環(huán)起主要作用，電流控制環(huán)起輔助作用。在恒壓階段，輸出電壓的反饋值與基準電壓比較后，確定一個輸出波形至PWM發(fā)生器，產生IGBT的門極控制信號；在恒流階段，過程與恒壓階段類似，只是在電壓比較器處多比較了一個“輸出電壓降低值”的參數(shù)，這個值根據(jù)限流曲線生成，此時電流控制環(huán)的地位比電壓控制環(huán)高，起主導作用。

二、故障發(fā)生情況及原因分析

HXD3型電力機車在過去的兩年多時間里共發(fā)生110V電源裝置故障32起。共發(fā)生返修次數(shù)30起。經統(tǒng)計返廠原因主要分為下面三類：

（一）售后服務人員未及時找到故障點而未能在現(xiàn)場處理致控制板返廠。14臺HXD3型電力機車配載的110V電源裝置是大連宏光電氣有限公司2006年與日本東芝公司合作的技術引進項目。由于國外對我國的一些核心技術限制，甚至一些核心元件采購上的限制，使廠方在設計之初走了一些彎路。這期間為完善產品廠方進行了幾次改進，其中就包括在2008年末為抑制現(xiàn)場環(huán)境溫度過高對CPU運行造成不良影響而采用外部程序存儲芯片。

由于現(xiàn)場守候服務人員技術水平參差不齊，現(xiàn)場查找原因可能會花費大量時間，廠方為保證在最短時間內解決該問題，不影響段方機車運用。因此要求售后服務人員在不能立刻判定出故障原因的情況下可以直接更換配件。因為產品采用的是模塊化設計，更換模塊后基本可以解決所有問題，所以服務人員大多采用這種方式做現(xiàn)場處理，將故障部件返回公司查找故障。這就造成了現(xiàn)場返回的部件過多。

（二）為保證電源性能可靠而將懷疑有問題的單元返廠檢測。6臺

由于售后服務人員的原因返還的部件除了上面說到的數(shù)量外，還有6個逆變單元。這些單元都是在運行中發(fā)生了保護動作。而到段檢查時也沒有發(fā)現(xiàn)具體問題。服務人員擔心產品再次出現(xiàn)問題會影響機車運行，所以將產品返廠進行檢查。經常廠方檢查這些產品沒有質量問題，在運行時因特殊原因而進行保護動作是正常的，而廠方為單元設置多項保護措施正是出于此目的。

（三）元件質量問題造成產品破壞。

至此統(tǒng)計到自2009年至今的兩年時間里，豐臺西區(qū)域共發(fā)生故障返修元件32起，而其中的至少20起是本不應該發(fā)生的或是可以現(xiàn)場處理的。這說明了產品設計在工藝指導上的還是有些漏洞，經過不斷的改進已經使得上面的問題得到很好的解決和控制。同時廠方也與原材料供應商建立積極的聯(lián)系，提供改進一件，以求得最大程度降低原材料的故障率。從后期的產品來看，這一點也取得了非常不錯的效果。

三、改進措施

（一）對PSU充電裝置的改進

對于蓄電池來說，電壓、充放電電流是其工作性能的一個重要指標。HXD3機車上只有電壓顯示，沒有充放電電流顯示，在應用過程中無法掌握蓄電池充放電電流狀態(tài)。為了進一步完善電源裝置的功能，讓乘務人員能夠隨時觀察到蓄電池的充放電狀態(tài)，及早發(fā)現(xiàn)蓄電池的充放電異常情況，以便排除初期故障隱患，防止故障損失進一步擴大化，我們特向廠方提出對蓄電池充放電電流進行監(jiān)測的技改要求。該項目目前已經成功實施，由某公司開發(fā)生產的PYD-1型蓄電池狀態(tài)監(jiān)測儀已經應用到后期生產的HXD3機車上，對蓄電池充放電情況起到了良好的監(jiān)測作用。

（二）日常維護保養(yǎng)和使用方面的措施

為了做好HXD3機車110V電源裝置的日常維護保養(yǎng)工作。豐臺機務段主要從使用過程和定期維保兩個方面入手，來保證電源裝置的良好性能和機車的安全運用。

1、日常維護保養(yǎng)

每半年對蓄電池組進行一次檢查和維護，主要是測量蓄電池電壓、內阻大小，檢查蓄電池單節(jié)有無漏液、變形和連線松動等。

2、110V電源裝置的使用

機車整備作業(yè)時，檢修人員必須檢查并記錄機車蓄電池電壓和PSU充電裝置的充電電壓值，輕載試驗蓄電池的放電狀況，檢查機車故障信息，通過改變TCMS時間設置的方式來試驗PSU裝置的雙組工作轉換情況。機車整備完畢、庫內停留或短備期間，必須斷開機車蓄電池控制總開關；機車長期停放解備后，必須檢查蓄電池電壓，防止蓄電池虧電。

控制電氣柜上直流加熱開關施封，嚴禁閉合該開關。機車蓄電池電壓<100V時，必須進行充電。機車升弓合閘后，檢查PSU裝置的充電電壓，機車運行時，應注意觀察機車控制電壓值。當發(fā)現(xiàn)蓄電池電壓始終低于110V時，表示PSU裝置或蓄電池自身有故障，要關閉機車照明和其他輔助設備電源開關，盡量減小蓄電池的放電電流，以維持列車運行到前方車站再做處理。

四、結束語

通過對電源裝置運用中暴露出質量問題的分析，制定了改進措施，并在后續(xù)電源裝置生產中實施，相信可以達到降低故障率直至消滅故障、保障機車可靠運用的目的。