SS3系電力機車制動電阻燒損原因分析及改進措施

劉偉峰

（南寧局集團公司 柳州機車車輛有限公司 工程師 廣西柳州 13633073486）

1 問題的提出

SS3、SS3B 電力機車大修后，投入運用一段時間（半年左右），數(shù)臺機車出現(xiàn)制動電阻帶燒損故障。經(jīng)統(tǒng)計燒損部位，電阻帶引出母線焊接部位占多數(shù)，為燒損的主要部位。電阻帶燒損，機車無電阻制動性能。這種故障的發(fā)生對機車的安全運行造成較大的影響，同時給機車返修帶來較大困難，返修成本也較大。

2 制動電阻柜的結(jié)構(gòu)及電氣原理

要找到制動電阻帶燒損的成因，須從機車運用和設(shè)備狀態(tài)、工作原理諸方面分析入手，筆者結(jié)合SS3 型機車檢修經(jīng)驗，認為熟悉機車制動電阻柜的結(jié)構(gòu)及電氣原理是準確判斷故障并有針對性地采取防范措施的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

2.1 基本結(jié)構(gòu)電阻柜是安裝制動電阻元件的地方，也是冷卻空氣的通道，結(jié)構(gòu)上既要保證電阻元件安裝牢固穩(wěn)定，有良好的耐振性能，又要有足夠的電氣間隙和爬電距離。作為風道要盡量減小風阻，使電阻帶均勻地受到通風冷卻，散熱性能良好。SS3型電力機車共配置兩臺TZZ4 型制動電阻柜，SS3B固定重聯(lián)機車配置四臺TZZ4 型制動電阻柜。一個電阻柜共有18個電阻元件，分為左中右3排，每排分6層，每排6個元件用軟銅編織線首尾串聯(lián)成一個電阻段，每排自成獨立電阻段，電阻段的阻值（20℃）為（3.22±5%）Ω，圖1 是電阻柜接線原理圖。電阻元件是電阻柜的核心，電阻元件主要由電阻帶、雙頭螺紋方鋼、高鋁瓷夾和前后金屬支板組成，高鋁瓷夾套在方鋼上，6 根方鋼分上下兩層用螺母固定在前后金屬支板上，電阻帶的上下邊緣就鉗在瓷夾的槽中而受到支撐。

圖1 電阻柜接線原理圖

2.2 控制保護電路工作原理SS3 電力機車制動電阻裝置通風道上采用了TYJ5A 型風道繼電器，主要用來監(jiān)視電阻制動工況通風系統(tǒng)的工作狀態(tài)，以確保通風系統(tǒng)有足夠的風量，使電阻帶均勻地受到通風冷卻，從而使電阻帶各處溫度基本保持一致。在機車故障時，為使電氣設(shè)備免受損壞，SS3 系電力機車上采用了很多保護措施。機車電阻制動時設(shè)有風壓控制電路保護，在制動工況下，保護制動電阻帶免遭過熱燒損。圖2 是SS3 機車電阻制動控制保護電路圖。

由圖2可以看出電阻制動工況時，預(yù)備環(huán)節(jié)YZJ電路中，因主斷路器已閉合，即QDK 閉合；WHZJ 位轉(zhuǎn)制動工況選擇完成已閉合。司機必須開動1～4ZFD 軸流通風機，風道繼電器1、2、3、4ZFJ 動作閉合使FSJ 得電保持閉合，從而使YZJ 得電閉合，完成電路預(yù)備。此時勵磁控制系統(tǒng)的前提條件已經(jīng)具備，調(diào)速手柄SKT離開“0”位，零位時間繼電器LWSJ閉合，LC 接觸器得電，電阻制動在電子柜控制下進行。制動工況時，若發(fā)生某牽引電機電樞電路過流、勵磁電路過流，電子柜ZGZK 中保護電路開通，使導(dǎo)線314#—334#接通，勵磁中間繼電器LCZJ 得電閉合，切斷LC 線圈電路，LC 打開，從而切斷勵磁電路，電阻制動解除。

圖2 電阻制動控制保護電路原理圖

SS3B 固定重聯(lián)機車電阻制動控制保護原理類似SS3機車，只是實現(xiàn)的方式由邏輯控制單元完成。

3 故障原因

通過上述設(shè)備感性介紹和理性分析，特別是通過調(diào)閱相關(guān)檢修記錄、組織部分檢修人員對落修的電阻制動柜故障部位進行分析，發(fā)現(xiàn)故障原因主要包括以下方面。

3.1 電阻段之間短路部分電阻元件由于發(fā)熱、過熱變形、竄動，造成片間搭接、電阻段之間短路燒損，此項引起的燒損產(chǎn)生的后果最為嚴重，往往造成兩整組電阻段電阻元件全部過熱，至少數(shù)片以上電阻元件燒損而不能使用。

1）機車運用過程中的誤操作引起的電阻過熱燒損，也就是說機車實際在未開啟制動風機的情況下實施了電阻制動。從圖(二)機車設(shè)計電路邏輯控制關(guān)系來看，正常情況下未開啟制動風機的機車是無法實施了電阻制動的，它有一個風道繼電器保護環(huán)節(jié)，即使當風道繼電器因故障被隔離需要進行電阻制動，也要求乘務(wù)員在操作時必須先開啟風機后再投入電阻制動。運行途中機車在開啟牽引風機的情況下，司機室噪音較大，司乘人員很可能誤以為已經(jīng)啟動制動風機，這是其一；另一種情況是風道繼電器故障隔離開關(guān)1～2FJK 處于隔離位，機車預(yù)備已完成，乘務(wù)員很有可能在誤以為已經(jīng)啟動制動風機而實際并沒有開啟制動風機的情況下實施電阻制動，最后造成制動電阻因無強迫風冷導(dǎo)致過熱燒損。SS3-4534 電阻制動裝置故障機車高壓試驗電阻制動勵磁電流試驗：將換向手柄SKX 置于“制”位，操作調(diào)速手柄SKT 離開“0”位，信號指示燈“制動”顯示，勵磁電流表指針上升，勵磁電流緩緩增大。調(diào)速手柄在制動區(qū)固定某位置，保持某勵磁電流，斷開制動風機按鍵開關(guān)，勵磁電流應(yīng)降為“0”，而實際情況卻是保持了勵磁電流。落修的SS3-4534 機車制動電阻柜電阻單元全部明顯過熱癥狀，部分電阻帶熔化，框架嚴重變形，電阻柜面板油漆的顏色由于過熱變成了磚褐色與之應(yīng)證。

2）電阻段6 個元件電阻分配不均引起的電阻元件過熱燒損。機車在實施電阻制動時，線路坡度越長大、牽引噸位越高，電阻制動使用的時間就越長、制動電流就越大?！渡厣?B型電力機車大修規(guī)程》對制動電阻要求如下：電阻器的技術(shù)參數(shù)須符合表1的規(guī)定。

表1 電阻值

表2 是某一SS3BA 節(jié)機車制動電阻柜檢修的記 錄數(shù)據(jù)。

表2 某一SS3BA節(jié)機車制動電阻柜檢修的記錄表 單位：Ω

從表2 可知，各電阻段的阻值都符合3.22×(1±4%)Ω要求，而各電阻元件的阻值大小各異、不均勻。在施行電阻制動時，SS3B 固定重聯(lián)機車微機控制柜最大制動電流限制為420 A（流過電阻段的的電流）。制動電流一定時，假定制動電流為400 A，根據(jù)歐姆定律、電制熱功率P=I2 R 得知，當流過發(fā)熱體的電流一定，電阻熱功率與電阻成正比。以27#電阻段為例進行計算，2、4 電阻元件電熱功率之差ΔP為：

第2電阻元件電制熱功率

P2=I2R2=4002×0.477=76320（W）

第4電阻元件電制熱功率

P4=I2R4=4002×0.593=94880（W）

ΔP=I2（R4-R2）=18560（W）

也就是說，第2與第4電阻元件電熱功率相差接近10個2000W 的電爐，如果冷卻條件稍欠、風阻大，在長、大坡道施行電阻制動的話，就會率先燒損第4電阻元件，進而拉弧燒損3、5電阻元件，甚至整個制動電阻柜。

3.2 引出線焊接部位燒損電阻帶銅排引出母線因機車振動，電阻片出現(xiàn)裂紋，裂紋后電阻片的截面積減少；引出銅母線銹蝕、發(fā)熱氧化，使得引出線焊接部接觸電阻迅速增大，這樣一來，在流過較大制動電流時，常在引出母線焊接處出現(xiàn)過熱燒損故障。

3.3 制動電阻檢修組裝過程中存在問題有些電阻元中固定電阻帶的瓷夾之間未嚴格按照要求加裝石棉墊或不正確加裝石棉墊，組裝完后瓷夾之間有縫隙；電阻元件存在兩兩上下對應(yīng)固定瓷夾未夾緊電阻帶，固定不到位的現(xiàn)象。這兩種情況在機車運行過程中制動電阻發(fā)熱時都容易造成電阻帶竄動，引起段間電阻帶之間短路燒損。

另外，制動電阻柜的散熱跟司機在機車實施電阻制動時的操作也有很大關(guān)聯(lián)。正確的操作應(yīng)是先將換向手柄SKX、調(diào)速手柄SKT 置于“0”位，再適當延長制動風機工作時間以便制動電阻充分散熱。

4 預(yù)防措施

4.1 改進機車制動風機的控制電路避免操作過程中未啟動制動風機，就可以進行電阻制動的情況。具體方案是將I、II低壓柜制動風機接觸器的常開聯(lián)鎖串聯(lián)接入風機風壓保護電路，電路原理如圖（三）所示。

圖3 風機風壓保護電路原理圖

虛線框的1ZFD、2ZFD 聯(lián)鎖為加裝聯(lián)鎖，機車大修時加改的電路。同時要求司機在實施電阻制動結(jié)束、調(diào)速手柄SKT回“0”位后適當延長制動風機的關(guān)閉時間，以利于制動電阻更好地散熱。

4.2 電阻段6 個電阻元件電阻值選配均勻?qū)﹄娮柙柚底龀鲆?guī)定，電阻元件規(guī)格和阻值應(yīng)符合標準：每個電阻元件的阻值(20℃) 0.537×(1±5%)Ω,即0.510—0.564Ω之間，不能無限制放寬的使用。

4.3 重新做搪錫處理電阻帶銅排引出母線在機車檢修時，銅排引出母線處洗凈后重新做搪錫處理，同時對電阻帶進行技改?？捎脷寤『负附友a強，焊條為電阻帶本體合金Cr20Ni35 材料，補強材料使用一塊厚度：0.5mm，長：200mm，寬：65mm 的不銹鋼鋼片。技術(shù)改造步驟：

圖1 原電阻帶

圖2 將不銹鋼片先點焊在電阻帶引出線上

圖3 點焊完畢在上下邊緣滿焊

圖4 焊修完效果

圖5 將電阻帶組裝到電阻盤內(nèi)

4.4 嚴格按照工藝修車組裝中按要求在固定瓷夾間加裝石棉墊，石棉墊須完整地同瓷夾一起穿在支板方鋼上。盡量調(diào)小支板上對應(yīng)兩方軸之間的固定距離，即讓瓷夾卡槽上端面緊貼電阻帶上端面，并保持方鋼無彎曲，以保證瓷夾固定緊電阻帶。

5 結(jié)束語

綜合分析可以得出如下基本結(jié)論，要保證SS3型電力機車制動電阻正常使用，必須做到：

1）檢修后的制動電阻達到運用質(zhì)量要求。

2）機車運用時應(yīng)當保持車體通風良好。

3）司機在機車運用過程實施電阻制動時必須按規(guī)章要求正確操作。

希望本文所提防止SS3 型電力機車制動電阻燒損的建議能對相關(guān)檢修單位和同行起到參考和借鑒作用