HXD3機(jī)車(chē)PSU致APU接地原因分析

李全林

摘要：針對(duì)HXD3型機(jī)車(chē)DC110V充電裝置引起輔助變流器接地的故障問(wèn)題，分析了故障原因，提出了整改措施，并經(jīng)運(yùn)用驗(yàn)證效果顯著。

關(guān)鍵詞：HXD3;PSU充電裝置;輔助變流器;接地

0 ?引言

HXD3型電力機(jī)車(chē)作為牽引鐵路運(yùn)輸貨物列車(chē)的主力車(chē)型之一，在我國(guó)鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)中發(fā)揮了重要貢獻(xiàn)。近年來(lái)，在該型機(jī)車(chē)運(yùn)用過(guò)程中PSU充電裝置故障率高發(fā)，給機(jī)車(chē)行車(chē)質(zhì)量安全帶來(lái)了不良影響。為此，由機(jī)務(wù)部門(mén)牽頭組織機(jī)務(wù)段及聯(lián)合地方科研企業(yè)對(duì)HXD3型機(jī)車(chē)PSU充電裝置分兩個(gè)階段實(shí)施了適應(yīng)性技術(shù)改造提升。其中，第一階段為2017年實(shí)施，經(jīng)技術(shù)改造裝車(chē)的PSU充電裝置工作可靠、穩(wěn)定;第二階段為2018年實(shí)施，PSU充電裝置裝車(chē)運(yùn)用不到兩個(gè)月便發(fā)生了一起因充電裝置接地致使輔助變流器1、2均接地的故障，嚴(yán)重干擾了延安機(jī)務(wù)段牽引貨物列車(chē)運(yùn)輸生產(chǎn)秩序。

1 ?故障現(xiàn)象

2018年3月13日HXD30209+208固定重聯(lián)機(jī)車(chē)運(yùn)行到包西線神木車(chē)站時(shí)，一位HXD30208機(jī)車(chē)發(fā)生跳主斷、微機(jī)顯示屏故障信息欄提示“APU2故障、APU1故障”及司機(jī)室多功能狀態(tài)顯示模塊“輔接地”紅燈點(diǎn)亮，微機(jī)顯示屏故障記錄為“APU2-C接地、APU2-C不動(dòng);APU1-C接地、APU1-C不動(dòng)”，微機(jī)顯示屏故障記錄如圖1所示。該組固定重聯(lián)機(jī)車(chē)入整備庫(kù)后，檢測(cè)APU1、APU2供電負(fù)載牽引通風(fēng)機(jī)、復(fù)合冷卻風(fēng)機(jī)、油泵、水泵、輔助變流器冷卻風(fēng)機(jī)、主壓縮機(jī)、空調(diào)等所有輔助機(jī)組對(duì)地絕緣及AC380V線路絕緣均良好，檢測(cè)PSU輸入DC750V供電電路發(fā)現(xiàn)PSU充電單元輸入電路部分接地，進(jìn)一步排查為PSU1、2控制主板接地導(dǎo)致APU1、2發(fā)生接地故障。

2 ?電路工作原理及故障原因分析

2.1 電路工作原理

HXD3型機(jī)車(chē)蓄電池充電裝置由兩套相同的電源模塊（簡(jiǎn)稱(chēng)PSU）、接觸器、繼電器等組成。通常情況下，一套PSU為主充電電源模塊，受控于微機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)單雙日控制及PSU單元選擇開(kāi)關(guān)位置而啟動(dòng)，負(fù)責(zé)向車(chē)載110V用電設(shè)備提供電源，另一套PSU為從充電電源模塊，處于熱備狀態(tài)。當(dāng)主PSU故障時(shí)，從PSU啟動(dòng)繼續(xù)向車(chē)載110V用電設(shè)備提供電源。其中，兩套PSU充電電源裝置輸入電壓為DC750V，取自于輔助變流器（簡(jiǎn)稱(chēng)APU）的中間直流電壓回路。當(dāng)輔助變流器APU2工作正常時(shí)，兩臺(tái)PSU充電裝置的輸入電壓由APU2提供。若APU2故障或被切除時(shí)，PSU輸入電源由輸入選擇接觸器切換到APU1，由APU1的中間直流電壓提供。

蓄電池充電裝置由DC750V電源輸入電路、預(yù)充電電路、逆變電路、中頻降壓電路、整流濾波電路等主電路及控制電路組成，電路原理圖如圖2所示。其中，主電路中中頻降壓電路之前的任意電器部件發(fā)生接地故障時(shí)，將使為蓄電池充電裝置輸入DC750V的輔助變流器中間直流電壓回路接地檢測(cè)裝置檢測(cè)到接地信號(hào)，并將接地檢測(cè)信號(hào)傳輸至APU控制單元，由APU控制單元觸發(fā)保護(hù)性跳主斷路器，同時(shí)向微機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)傳輸輔助回路接地故障信息。

2.2 故障原因分析

由于PSU充電裝置用于控制電路功能實(shí)現(xiàn)的控制主板上的3.3V電源模塊內(nèi)部振蕩變壓器初級(jí)接入24V電源，次級(jí)為PSU充電裝置的預(yù)充電回路中晶閘管（DC750V）提供脈沖觸發(fā)信號(hào)，因該3.3電源模塊絕緣等級(jí)降低，DC750V輸入電路經(jīng)與晶閘管陰極連接的713線經(jīng)3.3V電源模塊接地，APU2輔助變流器中間直流電壓回路接地檢測(cè)裝置檢測(cè)到接地信號(hào)后傳送到APU2控制單元，由其觸發(fā)主斷路器跳閘并封鎖整流器，再次閉合主斷路器時(shí)因APU2故障DC750V輸入供電由APU1提供，致使APU1也出現(xiàn)接地故障并再次觸發(fā)主斷路器跳閘，同時(shí)APU1、2通過(guò)RS485通信總線將APU接地信息傳輸?shù)轿C(jī)控制柜，導(dǎo)致微機(jī)顯示屏報(bào)“APU2-C接地、APU2-C不動(dòng);APU1-C接地、APU1-C不動(dòng)”且多功能狀態(tài)顯示模塊“輔接地”紅色故障燈點(diǎn)亮。PSU控制主板實(shí)物圖如圖3所示，控制電路示意如圖4所示。

將PSU充電裝置的控制主板下車(chē)進(jìn)行耐壓檢測(cè)，PSU控制主板1、2上DC24V變換3.3V的電源模塊在帶負(fù)載情況下均存在溫升過(guò)高（常溫下，殼體溫度達(dá)到了45℃左右）引起輸入端與輸出端之間的絕緣等級(jí)降低問(wèn)題，后經(jīng)進(jìn)一步排查發(fā)現(xiàn)批次號(hào)為S/N：011712190110的3.3V電源模塊存在批次質(zhì)量問(wèn)題。

3 ?整改對(duì)策及效果

針對(duì)第二階段PSU充電裝置技術(shù)改造提升出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題，由機(jī)務(wù)運(yùn)用段將該產(chǎn)品質(zhì)量信息反饋參與此技術(shù)改造的生產(chǎn)企業(yè)，一是將HXD30208機(jī)車(chē)PSU1、PSU2充電裝置召回，并修復(fù)該機(jī)車(chē)。二是組織售后服務(wù)人員到段進(jìn)行普查，對(duì)已技術(shù)改造的PSU充電裝置控制主板上所裝用存在批次質(zhì)量問(wèn)題的3.3V電源模塊全部予以更換處理。

該整改措施于2018年3月18日開(kāi)始，至2018年4月15日全部整改完畢。對(duì)整改后的HXD3型機(jī)車(chē)PSU充電裝置進(jìn)行運(yùn)用質(zhì)量跟蹤，再未發(fā)生因PSU控制主板故障引起機(jī)車(chē)APU接地故障問(wèn)題。同時(shí)，通過(guò)對(duì)PSU充電裝置技術(shù)改造提升，解決了HXD3型機(jī)車(chē)PSU充電裝置故障率高發(fā)問(wèn)題，為機(jī)車(chē)的安全運(yùn)用提供了有力保障。

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