SS8、SS9機車電機電流不平衡故障分析

吳傳鴿 上海鐵路局上海機務段

SS8、SS9機車作為當前鐵路主要干線特快、快速客運列車牽引的主力機型，目前上海機務段共支配SS8機車41臺，SS9機車29臺。2010年共預報運行中電機電流不平衡116臺次，涉及機車32臺。機車運行中發生電機電流不平衡，將直接降低機車牽引力，甚至造成跳主斷而失去牽引力。作為機車運用中的慣性故障，對運行中電機電流不平衡故障原因的準確判斷和及時處理就顯得尤為重要。

1 問題調查

通過對2010年發生的116件電機電流不平衡故障原因進行統計、分析，發現故障原因主要集中在傳感器故障、微機控制柜故障、整流裝置故障、輪徑設置問題及其他，具體見表1。

表1 電流不平衡故障統計表

2 控制原理分析

2.1 微機控制原理

SS9機車微機控制診斷系統采用TPW8A型微機控制柜和TFT彩色液晶顯示診斷裝置構成，能夠實現機車牽引/制動、列車供電、自動過分相等控制功能，同時提供防空轉（滑行）保護，故障監控、記錄，故障處理提示功能，并且具有完善的高低壓自檢功能。控制原理見圖1。

圖1 微機控制原理圖

SS9機車機車特性的控制方法采用速度與電流的雙閉環控制，電壓的限制環節作為輔助控制。圖1中，虛線框內部分為電子控制部分，由微機柜來完成。首先司控器給出指定速度與通過速度傳感器檢測出的機車實際速度比較，得出當前所需的電機電流值。該值送入電流控制部分作為控制指定值，與機車的實際電機電流值相比較得出整流橋的整流輸出電壓控制值。脈沖的形成與放大環節由脈沖發生器負責執行，進而控制整個機車的主回路工作狀態。限制環節只在電機電壓達到限制值時，對整流輸出電壓進行抑制。機車在微機控制下，通過速度、電流、電壓三個參數的不斷調節來控制機車速度。

2.2 特性控制原理

SS9機車采用恒流準恒速特性控制：即低速時的恒流控制和設定速度點的準恒速控制。司控器的每一個給定點對應著一條特性曲線。

SS9機車特性控制函數公式如下：

式中Im--牽引電機給定電流，A；

n--牽引級位，0～18級連續可調；

v--機車速度，km/h。

在粘著限制的范圍內，機車首先按照恒流起動（110 n），待機車速度升高進入特性的準恒速控制區，即(880 n-88 v)后，機車按準恒速運行，同一級位速度變化范圍為10 km/h，在高級時受最大起動電流1 305 A限制。整流裝置采用順控方式，先開放大橋，再依次開放兩段小橋。當電機電壓達到限制值后，自動進行無級磁場削弱。SS9機車控制最深磁場削弱系數為0.49。同時控制系統對運行中的軸重轉移進行電氣補償，前后兩個轉向架中前架減載5%，后架增載5%，額定電流以下不進行補償。

3 電流不平衡原因分析

通過以上微機控制原理及特性控制原理分析，結合檢修運用中實際案例，可以看出影響電機電流并直接造成電流不平衡的原因主要有：傳感器故障、微機控制柜故障、整流裝置故障、輪徑設置不當、小齒輪弛緩、機車空轉、軸重轉移、電機制造時的固有差異等。

3.1 傳感器故障

3.1.1 電流、電壓傳感器故障

電流、電壓傳感器使用中發生飄移，或靜差過大，直接反饋到控制系統，導致電流、電壓輸出值不準確，造成電流不平衡。電流、電壓傳感器故障在庫內檢查即可發現，在機車靜止時提手柄至2-3級，進入顯示診斷裝置"格式二"菜單，檢查各電機的電流、電壓，根據經驗值如果達到50 A或50 V左右時，應更換傳感器。3.1.2速度傳感器故障

速度傳感器飄移將造成測速誤差，導致速度修正后的兩架速度有偏差，甚至引起防空轉誤動作，造成電流不平衡。速度傳感器故障可通過微機實時監控故障顯示、兩架速度不一致、途中空轉預報等簡單判斷，回段后對傳感器進行檢查、試驗，確認后進行更換。

3.2 微機控制柜故障

微機控制柜故障主要為插件板松脫、不良等。微機控制柜通過司機的速度給定對全車進行控制，一旦控制系統發生故障必然會出現電流不平衡。對于微機控制柜故障，可進行轉架試驗，或根據相關作業指導書觀察插件板指示燈狀態和通過測試孔測量可疑信號等進行判斷。

3.3 整流裝置故障

整流裝置故障主要為整流裝置某橋臂不良或單個晶閘管故障。整流裝置故障，一般在速度不高時電流偏差不會很明顯，因為裝置本身可以增加移相控制量來達到所需要的電流。達到高速時，由于可用的橋已全開放、整流電壓再不能升高時，造成電流不平衡。

3.3.1 兩架電流不平衡

機車在110 km/h左右運行時，機車的整流電壓一般達到1 100 V的電壓限制值，才能維持機車在較大電流下工作。如果某架某橋臂故障，會造成整流電壓達不到這一數值，該架便提前開始磁場削弱，以維持牽引控制的目標牽引電流，這時會表現為兩架牽引電機電樞電流一致而勵磁電流不一致；當機車進一步提高速度運行時，發生橋臂故障的轉向架在磁場削弱達到0.49以后，便會發生兩架牽引電流不平衡。此類故障可根據以上勵磁電流不一致或高速時發生兩架不平衡等現象進行判斷，對相應橋臂進行檢查。

3.3.2 電機間電流不平衡

機車在110 km/h以上，整流裝置利用磁場削弱晶閘管的開通，提高電機電流。如果某電機磁場削弱晶閘管發生故障，將使得同一架發生電機間電流不平衡，由于持續發生一般還將伴隨小齒輪弛緩的誤報，并跳主斷。此類故障可根據預報，檢查、測量相應晶閘管的內阻或上試驗臺進行判斷、處理。

3.4 輪徑設置不當

兩架間輪徑設置不一致，也會引起兩架電流不平衡。在微機控制系統中，兩個轉向架的機車速度根據輪對轉速取樣值和本架輪徑設置進行計算，即v=nπD。兩個轉向架計算的機車速度不一致，當機車從恒流起步加速時，兩架進入準恒速控制的時間不同步，輪徑設置偏大的一架速度偏高，而電流偏小；因此引起機車在恒速運行階段兩架電流不平衡。輪徑設置不當一般發生在機車輪徑變化（落輪、不落輪鏇削）進行設置后，或更換微機信息顯示插件板后，可通過運行中兩架速度不一致、微機與監控系統速度偏差、查看顯示診斷裝置"二級顯示"中輪徑數值進行判斷，并相應修正輪徑數值。微機與監控輪徑設置偏差較大時，將影響監控裝置位置自動修正，因此機車輪徑變化后，應立即修正微機輪徑設置，同時對監控裝置輪徑進行重新設置。

3.5 小齒輪弛緩

牽引電機發生小齒輪弛緩將直接導致電機轉速升高而電流減小，造成電機電流不平衡。微機控制系統具有小齒輪弛緩保護功能，當同架兩個電機電流大于200 A，而兩個電機的電流差值比電流大者超過30%，并延續5 s以上時，小齒輪弛緩保護動作跳主斷。

3.6 其他

3.6.1 空轉

機車運行中發生空轉時，電機轉速升高，電流上升，造成電流不平衡。由于空轉造成的電流不平衡，會隨著防空轉投入后的自動撒砂來抑制空轉，降低電流。因此電流不平衡僅發生在空轉時，空轉恢復后電流也會恢復正常。

3.6.2 軸重轉移

機車運行中發生軸重轉移時，當電機電流大于額定電流，軸重轉移補償發生作用，使得前架減載5%，后架增載5%，造成兩架電流不平衡。

3.6.3 電機本身特性

另外牽引電機生產制造時的固有特性差異造成的電流不平衡，由于屬電機本身差異，本文不作分析。

4 結束語

從以上分析可以看出，發生電流不平衡的原因中，輪徑設置不當、空轉、軸重轉移和電機制造特性不屬于故障引起的電流不平衡，且所占比例較小。其他發生較多的均為配件質量造成，因此針對不同的故障現象準確判斷故障原因，才能在第一時間處理到位，避免重復發生。