電力機(jī)車用蓄電池組故障原因分析

摘要：隨著我國(guó)交通事業(yè)的發(fā)展，電力機(jī)車的安全運(yùn)行和電力系統(tǒng)管理已經(jīng)形成了較為完善的體系，但是就當(dāng)前的電力機(jī)車蓄電池運(yùn)行狀態(tài)來看，依舊會(huì)存在部分問題。因此，本文便以探究電力機(jī)車蓄電池故障原因?yàn)槟康恼归_分析，首先闡述了電力機(jī)車用蓄電池故障的影響。其次，分析了當(dāng)前電力機(jī)車用蓄電池出現(xiàn)的故障類型及其成因。再次分析了如何利用技術(shù)手段進(jìn)行優(yōu)化，意在通過本文論述能夠進(jìn)一步提升電力機(jī)車用蓄電池的系統(tǒng)質(zhì)量從而確保電力機(jī)車的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：電力機(jī)車;蓄電池組;故障原因;優(yōu)化措施

0 ?引言

電力機(jī)車的蓄電池組主要為機(jī)車的運(yùn)行提供后備電源服務(wù)，能夠作為控制電路進(jìn)行使用[1]。因此一旦蓄電池組發(fā)生故障，如果機(jī)車正在正常運(yùn)行，那么便會(huì)對(duì)機(jī)車的制動(dòng)以及正常操作產(chǎn)生極為嚴(yán)重的影響。因此全面分析電力機(jī)車蓄電池組故障以及產(chǎn)生的原因，并且利用技術(shù)手段進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，不僅是本文論述的重點(diǎn)內(nèi)容，也是鐵路運(yùn)行安全保障工作落實(shí)過程中需要注重的首要任務(wù)。

1 ?電力機(jī)車蓄電池組故障的影響

當(dāng)前我國(guó)最常見的電力機(jī)車蓄電池組主要為GN型的鎘鎳堿性蓄電池[2]，該種類型的蓄電池每節(jié)標(biāo)準(zhǔn)的電壓為1.25V，蓄電池組總共由74個(gè)單節(jié)蓄電池組成，標(biāo)準(zhǔn)電壓為92.5V。也有部分蓄電池為DM型的鉛酸蓄電池，該種類型的蓄電池單節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)電壓為2V，整體的蓄電池組由48個(gè)單體的蓄電池組成，標(biāo)準(zhǔn)電壓控制在96V。在電力級(jí)車運(yùn)行的過程中，蓄電池組會(huì)與機(jī)車上原本的電力系統(tǒng)進(jìn)行并聯(lián)，機(jī)車內(nèi)部電力系統(tǒng)中的直流電源會(huì)直接向蓄電池組進(jìn)行供電，在這個(gè)過程中蓄電池組起到了電容的作用，能夠穩(wěn)定直流電源的電壓和穩(wěn)定性。一旦蓄電池組的性能下降或停止運(yùn)行，若及時(shí)的經(jīng)過檢查并進(jìn)行維修，故障的影響力會(huì)大大下降，但是若蓄電池組發(fā)生故障，恰巧是在電力機(jī)車運(yùn)行的過程中，便有可能出現(xiàn)接地電路受損、過熱損傷等情況，嚴(yán)重則將會(huì)出現(xiàn)機(jī)破故障。

另外如果在電力機(jī)車運(yùn)行速度較高的時(shí)候，已經(jīng)通過了慣性越過了八跨，這時(shí)候想要維持正常的運(yùn)行就要由相關(guān)的工作人員進(jìn)入到高壓室內(nèi)進(jìn)行人為合閘和人為升弓，這些操作具備極強(qiáng)的復(fù)雜性，無法單獨(dú)由機(jī)車司機(jī)完成，因此當(dāng)電力機(jī)車蓄電池組發(fā)生故障的時(shí)候，便會(huì)影響司機(jī)的工作狀態(tài)，降低瞭望的有效性和安全性，也威脅了電力機(jī)車的運(yùn)行安全。

另外，由于當(dāng)前大部分的電力機(jī)車均會(huì)使用真空斷路器。該種斷路器在失去控制電源之后，其控制線圈喪失電流便會(huì)出現(xiàn)自動(dòng)分段的情況，這種情況無法利用人工手動(dòng)合閘的方式進(jìn)行恢復(fù)，因此在真空斷路器失去工作性能的過程中，便會(huì)導(dǎo)致機(jī)破現(xiàn)象的發(fā)生。

因此我們可以發(fā)現(xiàn)蓄電池組針對(duì)電力機(jī)車來講是極為重要的控制電源，一旦蓄電池組發(fā)生故障，便會(huì)直接影響到電力機(jī)車的運(yùn)行狀態(tài)和安全性能，因此分析蓄電池組發(fā)生的故障類型及原因是進(jìn)行優(yōu)化整改的重要依據(jù)。

2 ?電力機(jī)車蓄電池組故障及原因

在分析蓄電池組故障之前，我們首先來分析當(dāng)前常見兩種類型蓄電池組的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。首先，GN型的鎘鎳堿性蓄電池，其負(fù)極的活性物質(zhì)以鎘為主，正極的活性物質(zhì)以多孔性鎳為主，電解液主要以KOH以及NAOH為主。Dm型的鉛酸蓄電池，其負(fù)極的活性物質(zhì)主要利用了低價(jià)絨狀鉛物質(zhì)，正極的活性物質(zhì)利用了多孔隙的氧化鉛物質(zhì)，正極與負(fù)極配組的數(shù)量為16：17，正極板的板柵較為粗大，排列較為密集，活性物質(zhì)主要以棕色的pdo2為主，負(fù)極板的板柵較細(xì)，排列較為稀疏，主要以深灰色的pd為主。當(dāng)蓄電池組發(fā)生故障時(shí)，經(jīng)常表現(xiàn)為電池組性能失效、電容量大幅度降低以及電壓過低等情況，常見的故障類型如以下幾個(gè)方面所示。

首先，當(dāng)鉛酸型的蓄電池產(chǎn)生性能失效以及電壓過低等故障時(shí)，最主要的產(chǎn)生原因通常與極板上的活性物質(zhì)有關(guān)。例如活性物質(zhì)脫落，反應(yīng)物質(zhì)的數(shù)量減少，這會(huì)導(dǎo)致極板之間的充放電功能受到阻礙。同時(shí)電解液的失水比例較大，液體內(nèi)部的硫酸濃度提升，這將導(dǎo)致正極板以及負(fù)極板之間的吸附能力減小。另外當(dāng)蓄電池組的充電不足時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致電極板的硫酸化，當(dāng)充電時(shí)流過大或者電壓沖擊力過強(qiáng)會(huì)導(dǎo)致電池組的殼體受熱產(chǎn)生鼓包變形現(xiàn)象。同時(shí)正極性的相關(guān)物質(zhì)失效過早也會(huì)導(dǎo)致電池組無法正常運(yùn)行。

其次，當(dāng)鎘鎳堿性的蓄電池出現(xiàn)性能失效以及電壓過低等故障時(shí)，主要是由電解液的比重不符合標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)致的。同時(shí)也與電解液的濃度、成分調(diào)整有關(guān)，再者，當(dāng)電池組內(nèi)的氣塞堵塞時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)運(yùn)行性能失效等情況。

再次，當(dāng)蓄電池組在運(yùn)行過程中出現(xiàn)了接地故障以及過熱燒損等情況時(shí)，主要與以下幾個(gè)方面有關(guān)：蓄電池組內(nèi)部的連接導(dǎo)線在不良的運(yùn)行環(huán)境中受到了酸堿物質(zhì)的腐蝕，出現(xiàn)大量的銅銹情況，從而導(dǎo)致導(dǎo)線的性能下降，在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行中受到外界振動(dòng)的影響，出現(xiàn)了導(dǎo)線斷股甚至斷裂;另外當(dāng)蓄電池內(nèi)部的極柱出現(xiàn)了斷裂或者是松動(dòng)時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)內(nèi)部開路情況;同時(shí)蓄電池組內(nèi)部的單節(jié)電池質(zhì)量有缺陷、殼體破裂或者內(nèi)阻過大時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)由單體質(zhì)量過差導(dǎo)致的整體蓄電池組故障。

3 ?電力機(jī)車蓄電池組故障優(yōu)化辦法

在制定電力機(jī)車蓄電池組故障優(yōu)化辦法的前期，首先要培養(yǎng)電力機(jī)車司機(jī)正確判斷故障的方式，如果在機(jī)車正常運(yùn)行的過程中，出現(xiàn)了全車控制電源失效，列車管以及制動(dòng)管的壓力出現(xiàn)了反比上升的情況，便可以初步斷定是電力機(jī)車的蓄電池組出線了開路故障，因此針對(duì)該種情況，機(jī)車司機(jī)可以采取以下相關(guān)措施。

3.1 基礎(chǔ)處理方式

首先，要緩解機(jī)車的制動(dòng)缸壓力，即將空氣制動(dòng)閥的把手轉(zhuǎn)換至緩解位，壓下手柄，其次將調(diào)壓閥調(diào)整至53左右，將列車管的定壓調(diào)整為500-600kpa，且需要在整體的故障期間都要將制動(dòng)機(jī)定位在空氣位。

其次，當(dāng)機(jī)車處于接觸網(wǎng)范圍時(shí)，要檢查蓄電池的閉合開關(guān)是否處于跳開狀態(tài)，若跳開則人為進(jìn)行恢復(fù)。并且檢查主斷路器的狀態(tài)，若處于斷開狀態(tài)時(shí)，則需要進(jìn)行人為合閘。將門聯(lián)鎖保護(hù)閥進(jìn)行人為關(guān)閉，并且針對(duì)電子預(yù)備柜的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，可以根據(jù)顯示屏的顯示信息進(jìn)行操作。

如果機(jī)車已經(jīng)在站內(nèi)的側(cè)線停車后，需要根據(jù)相關(guān)操作規(guī)定進(jìn)行機(jī)車防護(hù)，首先要及時(shí)的斷開蓄電池的保險(xiǎn)裝置，在下車前要關(guān)好總風(fēng)缸閥門。利用試燈檢測(cè)機(jī)車的蓄電池箱是否存在開路故障，主要方式為：將試燈與蓄電池兩側(cè)的引線進(jìn)行對(duì)接，若燈亮則表示內(nèi)部的運(yùn)行狀態(tài)正常，若燈不亮，則檢查接觸狀況，若接觸狀況和接觸手法完好，則表示蓄電池箱內(nèi)部存在開路情況。

詳細(xì)的處理措施如下，利用規(guī)定的工具將進(jìn)行開箱，首先要檢查蓄電池組的導(dǎo)線是否完好，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)線斷開后要及時(shí)的利用專業(yè)手法進(jìn)行鏈接，鏈接之后繼續(xù)利用程序規(guī)定進(jìn)行檢測(cè)，若依舊存在故障，則需要針對(duì)性的檢測(cè)單體蓄電池以及內(nèi)部系統(tǒng)是否存在故障。

3.2 智能化系統(tǒng)開發(fā)

電力機(jī)車的蓄電池組運(yùn)行狀況與交通的安全管制有著極強(qiáng)的聯(lián)系，因此結(jié)合當(dāng)前的現(xiàn)代化技術(shù)，積極的制定智能化系統(tǒng)開發(fā)方案，對(duì)于優(yōu)化蓄電池故障處理體系有著極強(qiáng)的促進(jìn)作用。

當(dāng)前我國(guó)已經(jīng)形成了在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主要在線監(jiān)測(cè)蓄電池組的電壓、運(yùn)行溫度、主處理器運(yùn)行狀態(tài)、內(nèi)阻值等，由蓄電池監(jiān)護(hù)系統(tǒng)、傳感器、控制模塊以及隔離電路等結(jié)構(gòu)組成[3]。

在選擇在線監(jiān)控系統(tǒng)的相關(guān)構(gòu)件時(shí)，主要的主機(jī)處理器利用了ARM-coreX3，不僅能夠保存相關(guān)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，也有極為豐富的儲(chǔ)存容量，能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確的接收監(jiān)護(hù)模塊所監(jiān)測(cè)的電池溫度、運(yùn)行狀態(tài)以及電壓等數(shù)據(jù)，并且結(jié)合相關(guān)的數(shù)據(jù)來判斷電池組的基本狀態(tài)信息。另外具備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的處理器也能夠進(jìn)行自檢，進(jìn)一步保障系統(tǒng)本身的質(zhì)量，才能夠提供蓄電池組的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

另外維持智能化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行的主要以控制模塊為主?？刂颇K的主要運(yùn)行原理為IGBT通斷技術(shù)，該技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)蓄電池組的電量，并且當(dāng)電量達(dá)到了一定限值時(shí)，控制模塊便會(huì)啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，斷開供電回路，從而進(jìn)一步降低蓄電池組虧電現(xiàn)象的發(fā)生。

另外為了進(jìn)一步提升系統(tǒng)監(jiān)測(cè)運(yùn)行的穩(wěn)定性，還需要不斷利用預(yù)防的手段來調(diào)整電壓度芯片產(chǎn)生的沖擊力，通常在信號(hào)輸入端并聯(lián)5V的穩(wěn)壓管，不僅能夠進(jìn)一步提升信號(hào)的精度和強(qiáng)度，也能夠有效減輕外部濾波器對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊?，不僅能夠降低信號(hào)傳輸?shù)脑肼暎材軌蜻M(jìn)一步起到抗干擾的作用。

在該系統(tǒng)軟件實(shí)際設(shè)計(jì)的過程中，通常利用處理器將相關(guān)命令代碼進(jìn)行輸送，首先要解讀電池組的電壓，溫度，電流等數(shù)據(jù)，啟動(dòng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。其次，根據(jù)系統(tǒng)最開始設(shè)定的相關(guān)數(shù)據(jù)限值，對(duì)蓄電池的溫度、內(nèi)阻、電壓等數(shù)據(jù)進(jìn)行自主的分析和判斷。再次將所采集到的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存，并且將其與報(bào)警的限值數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。同時(shí)進(jìn)行自檢和數(shù)據(jù)的校驗(yàn)，主要利用系統(tǒng)自檢通訊信息自檢以及測(cè)量自檢的方式來執(zhí)行質(zhì)量檢測(cè)，保證系統(tǒng)具備自我狀態(tài)評(píng)估。

在實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的上述功能后，整體的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)便可以有效對(duì)電力機(jī)車蓄電池的內(nèi)部電流、運(yùn)行電壓、運(yùn)行溫度以及內(nèi)阻值等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行全面的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)和統(tǒng)計(jì)。并且利用評(píng)估模塊來實(shí)現(xiàn)蓄電池運(yùn)行狀態(tài)的分析。另外也可以針對(duì)外界環(huán)境的相關(guān)溫度進(jìn)行檢測(cè)，來確定蓄電池在該環(huán)境下應(yīng)該進(jìn)行怎樣的運(yùn)行方案調(diào)整。同時(shí)，也能夠有效保存蓄電池組運(yùn)行中的相關(guān)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，為優(yōu)化故障信息提供相關(guān)的依據(jù)。由此實(shí)現(xiàn)了智能化的電力機(jī)車蓄電池組質(zhì)量監(jiān)測(cè)的目的。

4 ?結(jié)束語

綜上所述，蓄電池組對(duì)于電力機(jī)車來講是極為重要的，控制電源也是影響電力機(jī)車安全運(yùn)行的關(guān)鍵部分。因此本文著重從技術(shù)手段論述了蓄電池組容易發(fā)生的開路問題、過熱燒損、接地故障、電壓過低以及容量下降等問題，并分析了其成因，同時(shí)也針對(duì)蓄電池組的運(yùn)行需求提出了優(yōu)化措施，綜合管理手段以及智能化的監(jiān)控體系進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，也希望在未來的電力機(jī)車蓄電池組維修工作中，能夠加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，制定新型的技術(shù)和措施，不斷降低故障發(fā)生的幾率，從而進(jìn)一步豐富電力機(jī)車是電池組的維護(hù)運(yùn)營(yíng)體系。

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作者簡(jiǎn)介：陳全紅（1968-），男，內(nèi)蒙古豐鎮(zhèn)人，工程師，本科，主要研究方向?yàn)殡娏C(jī)車電機(jī)電器。