淺析HXD1型電力機(jī)車蓄電池虧電原因和預(yù)防措施

齊明浩

摘 要：本文針對(duì)HXD1型神華號(hào)大功率交流傳動(dòng)電力機(jī)車蓄電池虧電的原因進(jìn)行分析，對(duì)神華號(hào)大功率交流傳動(dòng)電力機(jī)車蓄電池的特性進(jìn)行介紹，并針對(duì)在朔黃鐵路運(yùn)行中的實(shí)際情況，提出預(yù)防蓄電池虧電的措施和日常檢修中的維護(hù)方法。

關(guān)鍵詞：蓄電池；虧電；充電；維護(hù)

中圖分類號(hào)：U269 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

HXD1型神華號(hào)大功率交流傳動(dòng)電力機(jī)車采用閥控式密封鉛酸蓄電池作為控制系統(tǒng)起動(dòng)和后備電源，起著十分重要的作用。神華號(hào)大功率交流傳動(dòng)電力機(jī)車的蓄電池自2013年1月在朔黃鐵路運(yùn)用以來(lái)，總體使用情況正常，但仍出現(xiàn)虧電、鼓包、失效等現(xiàn)象；本文通過(guò)對(duì)神華號(hào)大功率交流傳動(dòng)電力機(jī)車蓄電池的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)性能、工作原理等講解，就其虧電原因進(jìn)行探討、分析，并提供可靠的預(yù)防及檢修措施。

1 神華號(hào)大功率交流傳動(dòng)電力機(jī)車蓄電池的特點(diǎn)

1.1閥控式密封鉛酸蓄電池采用多重密封技術(shù)，能確保在振動(dòng)使用下，蓄電池不滲漏電液。

1.2閥控式密封鉛酸蓄電池的安全閥具有自動(dòng)平衡蓄電池內(nèi)部氣體壓力、防爆的功能，使用安全可靠。

1.3閥控式密封鉛酸蓄電池采用先進(jìn)的超細(xì)玻璃棉（AGM）隔板，使電解液全部吸附在極板和隔板中，氣體復(fù)合效率98%以上，無(wú)酸霧逸出，不腐蝕設(shè)備。

1.4閥控式密封鉛酸蓄電池采用獨(dú)特的板柵設(shè)計(jì)，腐蝕速率低，有效地延長(zhǎng)了蓄電池使用壽命。

1.5閥控式密封鉛酸蓄電池極柱采用嵌入式大面積銅芯，大電流放電性能優(yōu)越。

1.6閥控式密封鉛酸蓄電池槽采用阻燃、超強(qiáng)ABS材料，有效地保證蓄電池的阻燃性和耐振動(dòng)沖擊性。

1.7閥控式密封鉛酸采用高品質(zhì)的原材料，把蓄電池自放電控制在最小。

1.8閥控式密封鉛酸先進(jìn)的工藝配方和嚴(yán)格的工藝控制，確保蓄電池產(chǎn)品具有充足的容量和整體性能均一可靠。

2 神華號(hào)大功率交流傳動(dòng)電力機(jī)車蓄電池的結(jié)構(gòu)性能及工作原理

2.1閥控式密封鉛酸蓄電池主要由外殼、正負(fù)極板、電解液、安全閥等組成。每節(jié)蓄電池標(biāo)稱電壓2V，容量為170A·h，每節(jié)機(jī)車上裝有48節(jié)蓄電池串聯(lián)。

2.2閥控式密封鉛酸蓄電池是一種能將電能與化學(xué)能互相轉(zhuǎn)換的裝置，采用超細(xì)玻璃纖維來(lái)吸儲(chǔ)電解液，并同時(shí)為正極上析出的氧氣向負(fù)極擴(kuò)散提供通道，正極產(chǎn)生的氧氣順著通道擴(kuò)散到負(fù)極復(fù)合成水，達(dá)到無(wú)酸霧逸出，不需加水維護(hù)的效果，其反應(yīng)式為：O2+2Pb+2H2SO4→2PbSO4+2H2O。閥控電池在充放電過(guò)程中產(chǎn)生以下化學(xué)反應(yīng)：

（放電）PbO2+2H2SO4+Pb→PbSO4+2H2O+PbSO

（充電）PbSO4+2H2O+PbSO→PbO2+2H2SO4+Pb。

2.3 神華號(hào)大功率交流傳動(dòng)電力機(jī)車蓄電池的工作原理

神華號(hào)大功率交流傳動(dòng)電力機(jī)車的蓄電池是通過(guò)機(jī)車上的蓄電池充電機(jī)來(lái)工作的。正常運(yùn)行中蓄電池與電源柜并聯(lián)運(yùn)行，并作為機(jī)車整流控制電源的濾波環(huán)節(jié)，以保證電壓脈動(dòng)符合要求。機(jī)車的蓄電池充電機(jī)將三相交流440V電源轉(zhuǎn)換為直流110V電源，為機(jī)車提供110V電源，并為蓄電池組充電。它由5個(gè)3AC440V轉(zhuǎn)換為DC110V的模塊、兩個(gè)DC110V轉(zhuǎn)換為DC24V的模塊及1個(gè)監(jiān)控模塊組成，DC110V模塊為機(jī)車的控制系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)提供110V控制電源并為蓄電池充電，DC24V模塊給標(biāo)輔燈、儀表燈等設(shè)備提供DC24V電源，監(jiān)控模塊對(duì)DC110V電源、DC24電源以及蓄電池充電進(jìn)行監(jiān)控、顯示和管理，同時(shí)蓄電池充電機(jī)可以通過(guò)內(nèi)重聯(lián)插座給它節(jié)車供電。

3 造成神華號(hào)大功率交流傳動(dòng)機(jī)車蓄電池虧電的原因

3.1 蓄電池本身問(wèn)題引起虧電

朔黃鐵路2013年引入神華號(hào)大功率交流傳動(dòng)電力機(jī)車，2014年底陸續(xù)出現(xiàn)機(jī)車蓄電池虧電現(xiàn)象，通過(guò)打開(kāi)蓄電池箱體檢查發(fā)現(xiàn)蓄電池出現(xiàn)不同程度的鼓包、變形現(xiàn)象；通過(guò)和廠家技術(shù)人員研究發(fā)現(xiàn)所有鼓包、變形的蓄電池均為2014批次產(chǎn)的蓄電池；對(duì)鼓包、變形蓄電池解剖后發(fā)現(xiàn)電池正負(fù)極板板柵上雜質(zhì)較多，電池里電解液干涸。分析原因?yàn)樾铍姵乇旧碣|(zhì)量不合格；由于蓄電池極正負(fù)極板板柵上有過(guò)多雜質(zhì)，當(dāng)電解水和正負(fù)極板里的硫酸鉛進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)時(shí)，產(chǎn)生氣體過(guò)多，造成蓄電池安全閥壓力過(guò)高，無(wú)法全部排出氣體，導(dǎo)致蓄電池內(nèi)部氣體過(guò)多，壓力增大，因此引起蓄電池外殼發(fā)生鼓包、變形現(xiàn)象，單個(gè)蓄電池報(bào)廢，引起整體蓄電池組電壓過(guò)低，造成蓄電池虧電。

3.2 過(guò)度放電造成蓄電池虧電

由于神話號(hào)交流電力機(jī)車傳動(dòng)功率大，在機(jī)車啟動(dòng)前蓄電池為機(jī)車控制電路操縱供電（如照明電源），以完成機(jī)車受流前的準(zhǔn)備，同時(shí)以蓄電池為電源使升弓壓縮機(jī)工作，升受電弓。當(dāng)機(jī)車啟動(dòng)后在運(yùn)行中，如果部分110V開(kāi)關(guān)電源出現(xiàn)故障時(shí)被切除后，由蓄電池組供電維持故障運(yùn)行。因此蓄電池長(zhǎng)期為各種負(fù)載供電，引起蓄電池端電壓降低很多，在正常運(yùn)行中雖然蓄電池處于浮充電狀態(tài)，能保持端電壓高于96V，但當(dāng)機(jī)車到站降弓后，蓄電池不處于浮充電狀態(tài)，同時(shí)為控制電路110V設(shè)備供電，長(zhǎng)時(shí)間使蓄電池處于放電狀態(tài)，造成蓄電池電解液電位降低，造成蓄電池虧電。

3.3 長(zhǎng)時(shí)間超出標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度引起蓄電池虧電

蓄電池的最佳使用溫度為25℃，而朔黃鐵路是西起山西省神池縣神池南站，東至河北省黃驊市黃驊港口貨場(chǎng)。正線總長(zhǎng)近600km的重載鐵路。過(guò)黃土高原、太行山北段、入華北平原進(jìn)而抵達(dá)渤海西岸。環(huán)境溫度差異明顯，夏季華北平原地表氣溫30℃以上，在太陽(yáng)直射蓄電池箱體的時(shí)候，蓄電池箱體里溫度高達(dá)40℃以上，過(guò)高的溫度環(huán)境會(huì)使蓄電池在化學(xué)反應(yīng)時(shí)消耗過(guò)多的電解水，引起電解液干涸，縮短電池的容量，造成蓄電池虧電；尤其在冬季，神池南站最低溫度可達(dá)-30℃～-20℃。并且機(jī)車運(yùn)行中電源柜充電機(jī)充電電壓以25℃為基數(shù)進(jìn)行浮充電，在低溫環(huán)境下蓄電池長(zhǎng)期不能充分充電，放電過(guò)多，造成蓄電池虧電。

4 蓄電池虧電的預(yù)防措施與維護(hù)

針對(duì)以上影響蓄電池虧電的原因，只要采取正確的預(yù)防措施和維護(hù)方法，就能有效防止蓄電池虧電，保證機(jī)車正常運(yùn)行。

4.1 完善蓄電池充電方式

根據(jù)朔黃線上神華號(hào)大功率交流傳動(dòng)電力機(jī)車的蓄電池檢修工藝，對(duì)進(jìn)入修程的機(jī)車的蓄電池進(jìn)行檢查（確保蓄電池?zé)o漏液、鼓包等現(xiàn)象，絕緣件無(wú)燒損，接線端子無(wú)銹蝕、變色）和測(cè)量電壓（必須負(fù)載放電5min～10min再進(jìn)行測(cè)量），并根據(jù)蓄電池的狀態(tài)和電壓值不同，可更換為新品蓄電池或通過(guò)蓄電池充電機(jī)進(jìn)行不同方式的充電（由于原有蓄電池充電機(jī)的限制，充電方式一直采用的是恒壓限流的快速充電方式，現(xiàn)引進(jìn)了新式蓄電池充電機(jī)后可對(duì)蓄電池進(jìn)行多種方式充電）；如：蓄電池組出現(xiàn)鼓包或漏液或單節(jié)蓄電池電壓值低于1.7V必須更換，單節(jié)蓄電池電壓值在1.7V～1.8V可用快速充電方式充電6h～8h，單節(jié)蓄電池電壓值在1.8V～1.9V可用均衡充電方式充電4h～6h，單節(jié)蓄電池電壓值在1.9V～2.0V可用浮充電方式2h～4h。充電完畢后，必須再次對(duì)蓄電池進(jìn)行空載和負(fù)載測(cè)量，以保證蓄電池電壓值符合機(jī)車上線運(yùn)行的技術(shù)要求。

4.2 對(duì)蓄電池柜和機(jī)車照明電源進(jìn)行改造

由于神華號(hào)大功率交流傳動(dòng)電力機(jī)車的蓄電池在朔黃鐵路上運(yùn)行中溫度差異大，建議在蓄電池箱體里加裝通風(fēng)冷卻裝置和加熱裝置。夏季開(kāi)啟通風(fēng)冷卻系統(tǒng)對(duì)蓄電池進(jìn)行降溫；冬季對(duì)蓄電池柜進(jìn)行加熱，使其達(dá)到使用的最佳溫度25℃。根據(jù)在7085號(hào)機(jī)車技改的蓄電池實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置的試驗(yàn)效果，可應(yīng)用于其他神華號(hào)大功率交流傳動(dòng)電力機(jī)車的蓄電池上，有助于機(jī)車運(yùn)行，司機(jī)可以通過(guò)該裝置對(duì)蓄電池進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。此外還可把神華號(hào)大功率交流傳動(dòng)電力機(jī)車的前照燈、司機(jī)室照明燈、機(jī)械間走廊燈等照明電源技改為電子節(jié)能燈，降低機(jī)車照明電源對(duì)蓄電池的消耗。

4.3 更換大容量的蓄電池

蓄電池的容量是蓄電池在一定放電條件下所能給出的電量，以符號(hào)C表示。常用的單位為安培小時(shí)，簡(jiǎn)稱安時(shí)（Ah）；神華號(hào)大功率交流傳動(dòng)電力機(jī)車現(xiàn)使用的為170Ah容量的蓄電池，根據(jù)朔黃鐵路有限責(zé)任公司機(jī)輛分公司技術(shù)部與蓄電池廠家的研究2016年特別引進(jìn)了一批220Ah的蓄電池，并首先應(yīng)用在了神華十二軸大功率交流傳動(dòng)機(jī)車8001和8002上試驗(yàn)其性能，通過(guò)這兩年多來(lái)的應(yīng)用，220Ah的蓄電池沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)鼓包、漏液、虧電等不良現(xiàn)象。因此建議把在朔黃線上運(yùn)行的所有神華號(hào)大功率交流傳動(dòng)電力機(jī)車的蓄電池全部更換為220Ah的蓄電池，這樣可以有效地解決蓄電池虧電的問(wèn)題，保證蓄電池的良好狀態(tài)，確保機(jī)車正常運(yùn)行。

4.4 規(guī)范對(duì)機(jī)車蓄電池的使用和維護(hù)

在運(yùn)行區(qū)間停電期間，在保證最小機(jī)車控制需要的情況下，盡量關(guān)閉其他一切控制電源，如關(guān)閉微機(jī)電源（=32-F12）、走行部電源（=47-F01）、機(jī)械間走廊燈（=52-F02）、輔照燈（=51-F04）、儀表燈（=52-F03）、前窗加熱（=63-F01）、屏柜加熱（=63-F03）等，因?yàn)檫@些設(shè)備都在消耗機(jī)車的蓄電池電量；區(qū)間來(lái)電后再將上述所有電源開(kāi)關(guān)閉合，這樣可以避免機(jī)車啟動(dòng)時(shí)蓄電池電壓過(guò)低。在機(jī)車進(jìn)入臨修或輔修作業(yè)中，對(duì)機(jī)車進(jìn)行技改或相關(guān)作業(yè)需要用電時(shí)，必須禁止閉合蓄電池開(kāi)關(guān)，禁用蓄電池作為電源給其他設(shè)備設(shè)施供電；如需供電要引入外部電源進(jìn)入機(jī)車內(nèi)進(jìn)行作業(yè)。

當(dāng)機(jī)車長(zhǎng)期停放時(shí)，除關(guān)閉蓄電池自動(dòng)開(kāi)關(guān)（=32-F06）外，還要關(guān)閉電源柜內(nèi)蓄電池閘刀，當(dāng)機(jī)車停放超過(guò)3個(gè)月，每半年對(duì)機(jī)車蓄電池進(jìn)行一次均衡充電，保證蓄電池電壓符合機(jī)車運(yùn)行要求。

結(jié)語(yǔ)

由上文可以看出，閥控式密封鉛酸蓄電池是神華號(hào)大功率交流傳動(dòng)電力機(jī)車的關(guān)鍵部件，起著穩(wěn)定神華號(hào)大功率交流傳動(dòng)機(jī)車正常工作的重要作用，因此要確保蓄電池的狀態(tài)良好，同時(shí)對(duì)蓄電池的日常使用和檢修維護(hù)要嚴(yán)格按照技術(shù)規(guī)定執(zhí)行，保證穩(wěn)定華號(hào)大功率交流傳動(dòng)電力機(jī)車在朔黃鐵路上安全可靠運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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