HXD2型電力機(jī)車電機(jī)隔離故障技術(shù)分析與研究

李晛

摘 要：自從HXD2型電力機(jī)車在各個(gè)機(jī)務(wù)段實(shí)際工作運(yùn)行以來，該型號(hào)機(jī)車的電機(jī)隔離故障事故時(shí)有發(fā)生。文章通過探究HXD2型電力機(jī)車的牽引電機(jī)控制回路工作原理，進(jìn)而分析可能引起機(jī)車電機(jī)隔離故障的各類因素，并且對電機(jī)隔離故障出現(xiàn)時(shí)發(fā)生的具體問題進(jìn)行分析，以及提出對應(yīng)的處理方法。

關(guān)鍵詞：HXD2型電力機(jī)車;電機(jī)隔離故障;牽引電機(jī)

中圖分類號(hào)：U269.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

近些年來，隨著各個(gè)機(jī)務(wù)段的HXD2型電力機(jī)車的投入運(yùn)行數(shù)量逐年增加，已經(jīng)開始成為該地區(qū)的機(jī)務(wù)電氣化區(qū)段配備主力機(jī)車。從開始投入使用至今，主要的工作任務(wù)是擔(dān)任萬噸列車的牽引。投入數(shù)量增多的同時(shí)，該型電力機(jī)車的故障率也明顯增多。主要出現(xiàn)的安全問題有以下幾種，一在長距離的下行坡道上，由于動(dòng)力喪失造成的制動(dòng)力下降，導(dǎo)致制動(dòng)距離延長。二是機(jī)車的電機(jī)隔離問題，引發(fā)的主斷合不上，使得無法正常行車。這一系列問題都迫在眉睫急需解決，因此我們需要研究導(dǎo)致電力機(jī)車出現(xiàn)電機(jī)隔離故障的原因并且能夠制定相應(yīng)的處理方法和預(yù)防手段。

1 牽引電機(jī)主控制回路原理研究

該型電力機(jī)車的整體牽引電路是由四組相同的牽引變流裝置組成的，這些裝置的內(nèi)部原理相同，所以以一個(gè)為例具體分析。這四組裝置被放置在兩個(gè)柜體之中，這些裝置各自包含一個(gè)四象限整流器、一個(gè)中間電路和一個(gè)三相PWM逆變器。整套系統(tǒng)的主變壓器設(shè)置有四個(gè)相互獨(dú)立的次邊牽引繞組，這些牽引繞組可以保證實(shí)現(xiàn)向兩臺(tái)主變流器供電，通過四象限脈沖整流器實(shí)現(xiàn)交流到直流的電流變換。這些脈沖整流器又通過相互輸出可以形成直流回路，在這個(gè)階段可以實(shí)現(xiàn)二次波吸收和保護(hù)等。通過三相逆變器可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝置的VVVF變換，進(jìn)而可以拖動(dòng)異步牽引電機(jī)工作，實(shí)現(xiàn)機(jī)車牽引電機(jī)軸控方式。所以HXD2型電力機(jī)車的主電路通過交直交電傳動(dòng)方式，將能量通過牽引的方式傳給電機(jī)，最后實(shí)現(xiàn)電能到機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換。

2 牽引電機(jī)隔離故障原因分析

2.1 功率模塊故障

三相逆變電路的作用是通過PWM脈寬調(diào)制控制使中間直流電路的DC1800V轉(zhuǎn)變?yōu)槿嘟涣麟娺M(jìn)行輸出，為牽引電機(jī)提供電壓和頻率可控的三相交流電源，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對三相異步牽引電機(jī)輸出功率的控制。每個(gè)單元PWM逆變器都有相對應(yīng)的牽引電機(jī)，是實(shí)現(xiàn)機(jī)車的軸控驅(qū)動(dòng)的重要部分。一旦其工作過程發(fā)生功率模塊故障，就會(huì)導(dǎo)致牽引電機(jī)主控制回路保護(hù)，造成電機(jī)隔離故障。功率模塊出現(xiàn)問題的主要方面是質(zhì)量問題，部分模塊的質(zhì)量不過關(guān)，在逆變過程中出現(xiàn)停機(jī)的情況;模塊的熱循環(huán)性能不足，會(huì)造成能量的大規(guī)模浪費(fèi);主變流器的通風(fēng)裝置存在問題，會(huì)造成溫度過高時(shí)降溫不及時(shí)影響模塊性能，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)龤K。這些模塊無論是整流器部分的，還是逆變器的部分的，造成電機(jī)隔離故障的原因大多類似，當(dāng)變流器的一些功率模塊工作時(shí)存在問題，牽引電機(jī)的回路保護(hù)就會(huì)打開，最終造成電機(jī)隔離的情況。

2.2 主接觸器故障

主接觸器存在的問題大多數(shù)表現(xiàn)為接觸不良的現(xiàn)象，這個(gè)現(xiàn)象一般表現(xiàn)為工作時(shí)出現(xiàn)問題，等將電機(jī)送到檢車點(diǎn)時(shí)又發(fā)現(xiàn)工作正常。當(dāng)有這種情況發(fā)生時(shí)，主要考慮出現(xiàn)了接觸不良的情況，之所以出現(xiàn)主接觸器的接觸不良一般是：一是本身的物理因素有異物或其他造成的;二是控制系統(tǒng)收到錯(cuò)誤的信息導(dǎo)致主接觸器的斷開保護(hù)。

2.3 列車管壓力傳感器故障

該故障的主要問題是線性度不良，發(fā)生問題主要在列車管的減壓階段。當(dāng)列車管四個(gè)軸的壓力傳感器在減壓或者緩解階段數(shù)值相互比較時(shí)，相差過大就會(huì)造成偏差超過閾值，造成電機(jī)隔離的問題發(fā)生。

2.4 牽引控制單元（TCU）故障

HXD2型電力機(jī)車每個(gè)主變流柜內(nèi)都有兩個(gè)牽引控制單元（TCU），機(jī)車控制系統(tǒng)通過FIP總線對TCU進(jìn)行通信和控制。每組TCU通過控制相應(yīng)的四象限整流器和逆變器，驅(qū)動(dòng)一臺(tái)三相異步牽引電動(dòng)機(jī)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)單軸控制。TCU是對牽引電機(jī)進(jìn)行軸控的中樞，一旦TCU出現(xiàn)故障（通訊、電源、信號(hào)故障等），就無法與機(jī)車控制系統(tǒng)進(jìn)行信息交換，進(jìn)而造成牽引電機(jī)隔離。TCU故障主要是分為兩個(gè)大方向，一類是電源板出現(xiàn)問題，另一類是接觸不良。但還有一些小的問題，例如TCU的后端壓力傳感器脆弱，常常會(huì)因?yàn)轱L(fēng)機(jī)的劇烈震動(dòng)導(dǎo)致?lián)p壞等等，這些都會(huì)造成電機(jī)隔離的情況發(fā)生。

2.5 牽引電機(jī)風(fēng)機(jī)故障

在該型電力機(jī)車運(yùn)行以來，通風(fēng)機(jī)因?yàn)殡姍C(jī)燒壞、軸承固定、發(fā)生異響等情況更換次數(shù)過多，占據(jù)了更換設(shè)備部件的一半以上，造成風(fēng)機(jī)故障的主要因素有以下幾種：一風(fēng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)兩側(cè)的軸承在設(shè)計(jì)時(shí)就是免維護(hù)的設(shè)計(jì)方案，但在實(shí)際工作階段這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際需要，經(jīng)常會(huì)造成軸承短油、干損等;二是風(fēng)機(jī)的電機(jī)設(shè)計(jì)問題，在后端的墊圈彈力太低，會(huì)導(dǎo)致電機(jī)的異動(dòng)。

2.6 牽引電機(jī)接線盒進(jìn)水

多數(shù)HXD2型電力機(jī)車牽引電機(jī)的故障原因是由于電機(jī)接線盒進(jìn)水或進(jìn)油導(dǎo)致電機(jī)大線短路、接地而造成的。通過分析故障數(shù)據(jù)，顯示的故障代碼是DA_RETSOND： InverterIGBT（static），即逆變器IGBT故障（靜態(tài)），表現(xiàn)為IGBT或二極管短路。經(jīng)過維修發(fā)現(xiàn)，造成故障的原因是機(jī)車底部牽引電機(jī)接線盒出現(xiàn)了不同程度的進(jìn)水或進(jìn)油現(xiàn)象，造成接線盒短路進(jìn)而引起了牽引電機(jī)隔離故障。進(jìn)水的主要原因是機(jī)械漏雨并且雜物堵塞了排水孔，導(dǎo)致雨水順電機(jī)大線流入接線盒而不能及時(shí)排出。進(jìn)油的主要原因是壓縮機(jī)發(fā)生漏油現(xiàn)象，泄漏的壓縮機(jī)油通過地板流入接線盒。

3 牽引電機(jī)隔離故障應(yīng)對措施

在應(yīng)對方面，因?yàn)楣收显蚨鄻?，要具體問題具體解決，對于以上幾種情況，現(xiàn)有以下幾類措施：

對于功率模塊問題，首先是嚴(yán)格控制功率模塊質(zhì)量，在模塊采購階段進(jìn)行抽樣檢查，一旦發(fā)現(xiàn)某一生產(chǎn)線的模塊質(zhì)量出現(xiàn)問題，及時(shí)更換采購方向。在功率模塊的熱循環(huán)異常和由于通風(fēng)機(jī)的原因?qū)е碌墓β誓K溫度過高，存在燒毀的現(xiàn)象，建議在對機(jī)車系統(tǒng)的溫度控制部分進(jìn)行優(yōu)化處理和對通風(fēng)機(jī)的通風(fēng)系統(tǒng)重新設(shè)計(jì)。除此以外，當(dāng)外界灰塵過多時(shí)，也會(huì)造成溫度的過高，要做到日常清理各個(gè)部件，減少一般環(huán)境原因造成的不必要損失。

對于接觸器故障問題，主要還是在日常檢修階段，認(rèn)真檢查和保養(yǎng)設(shè)備，保證正常的工作狀態(tài)。另外可以優(yōu)化主接觸器的傳感器相關(guān)的工作系統(tǒng)，設(shè)置合適的閾值參數(shù)等。

在TCU方面，一是加強(qiáng)TCU本身的質(zhì)量，二是多利用測試設(shè)備對TCU測試，發(fā)現(xiàn)異常時(shí)聯(lián)系相關(guān)生產(chǎn)公司進(jìn)行維修。

最后在牽引電機(jī)風(fēng)機(jī)問題方面，可以采取的手段有：一是設(shè)計(jì)合理的波紋墊圈彈性強(qiáng)度、更換質(zhì)量更為優(yōu)良的軸承。二是在日常的保養(yǎng)檢查階段增強(qiáng)防范意識(shí)，有風(fēng)機(jī)異響時(shí)及時(shí)更換問題設(shè)備。

4 結(jié)束語

HXD2型電力機(jī)車自從投入使用以來就產(chǎn)生了很多的故障，且故障原因多而復(fù)雜。除了上面說的牽引電機(jī)隔離故障之外還有一些其他的故障，很多故障都可能是由于其中電器的質(zhì)量所產(chǎn)生的。因此綜上看來，對于機(jī)車常見的一些故障要多進(jìn)行總結(jié)研究，這樣在以后的故障中要是遇到相同的問題，就可以極大的縮短時(shí)間進(jìn)行故障調(diào)試，保障機(jī)車的修理時(shí)間減少。除此之外，還要多積極的探索主回路各部件有效的改進(jìn)措施和維護(hù)方式。這樣才能最大限度的減少由于牽引電機(jī)隔離故障所發(fā)生的機(jī)率。

參考文獻(xiàn)：

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