機車整流柜均流問題與優化方法

翟雪

摘 要：深入分析和研究機車整流柜均流問題對于提高機車安全運行具有重要的作用。該文對機車在運轉過程中出現整流柜均流問題進行了探討，并提出了解決此問題的措施，希望能夠確保機車的安全運行，促進運輸業取得進一步的發展。

關鍵詞：機車整流柜 均流問題 優化方法

中圖分類號：U269.6 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）10（c）-0053-02

在最近幾年，整流器元件燒損問題在機車運作中經常出現，此問題的出現不但影響了檢修指標的完成，而且還降低了運輸效率，為運輸的進行埋下了很大的安全隱患。同時，在大量更換元件下，導致檢修成本越來越高，給運輸業帶來了很大的經濟損失。所以，深入探討和研究機車整流柜均流問題對于提高機車安全運行具有重大的意義。

1 簡述基本情況

在力機車機務段投入使用后，先后承擔了很多重載列車牽引任務在重載牽引方面上積極發揮了作用，但因為機車牽引重量大機車在運行中要承載很大的負荷，整個流裝置都處于大電流和高電壓的情況下，經常出現燒毀、擊穿了整流柜主整流元件故障。

2 分析燒損元件燒損的原因

2.1 均流狀況差

在SS4改型機車運用中雙管變流柜應用廣泛，機車中大多使用TGZ4A-4×1680/1020雙管硅整流柜，在安裝機車整流裝置過程中，TGZ35硅機組采用熱管散熱器，在冷卻風通風情況下，其長期通態平均電流較大，如果要是超過了一定數值，那么肯定會發生熱燒損情況。而引發大電流出現的原因在于并聯元件的均流水平低，在機車整修過程中，應運用元件伏安特性搭配方法，選擇出一致性的伏安特性元件實施并聯工作，但在投入使用一段時間機車后，在使用中整流元件的特性參數會有著很大的變動。

2.2 并聯元件中的均流狀況

SS4改型電力機車以SS4、SS5、SS6型機車為基礎并且吸收了8K和6K機車先進技術，機車主整流器采用3段不等分半控調壓整流電路，相對來說在低級位上功率因數較低，簡化了控制系統，減少操作過電壓，提高可靠性。雙管硅機組機車整流電路運用3段不等分整流調壓電路組成方式，因為有很多并聯元件，所以均流問題尤為關鍵。在設計過程中，應充分考慮此問題，機車運用的橋臂組成方式是“二并一串”的，其均流問題應考慮到。但實際上，在實現穩態均流過程中，如果只是采用元件伏安特性搭配方法，那么也很難將并聯元件均流問題完善解決。第一，動態均流這一問題。在每個橋臂所運用的并聯元件，由于門極開通時間不同，因此通過的電流壓力是不同的。最先開通的晶閘管回路中所有電流要承擔起很大的電流上升率。第二，穩態均流問題。在機車整流電路過程中，因為每個橋臂上并聯的元件正向伏安特性是不同的，在并聯元件兩端加上相同的電壓后，所通過的電流是不一的，并聯支路出現了不均流情況，在通過大電流后很有可能燒壞了元件，所以應不斷加強裝置的輸出率。同時在不均流的影響下，很有可能出現元件結溫差異，這樣就會擴大伏安特性的差異，導致不均流出現惡性循環情況，這便是并聯元件不均勻分配穩態電流的穩態。

2.3 機車整流橋臂組成形式的問題

SS4機車其主電路運用轉向架獨立供電形勢，也就是1臺主整流器負責給1臺轉向架上3臺并聯牽引電機進行供電，全車共包括4臺獨立形式的相控式主整流器，負責給4個兩軸轉向架供電，每一個整流器都構成了單獨的整流電路，運用3段不等分整流橋實施了整流調壓。此種電路具備很多優勢，如，功率因素高、諧波分量小和可靠性高等優勢。如圖1為整流電路圖，每一臺整流裝置的最大輸出電流2 400 A，運用KPA1300-28型號的主晶閘管，其通態平均電流為3 000 A，整流橋臂晶閘管并聯支路數由下式確定：

在公式中代入數值，計算得出=1.14，在考慮到安全裕量后，取=2。所以，機車整流裝置的橋臂組成運用“二并一串”的形式，也就是每個整流橋臂都由整流管并聯進行工作，每一個整流器中都包括8個整流管、12個晶閘管，此種整流橋臂組合在一起的方式，會出現并聯元件均流問題，前轉向架調壓整流電路見圖1。

3 優化機車整流柜均流問題的具體方法

3.1 對比均流方案

想要將穩態均流問題完善解決，就是取出伏安特性較為統一的元件實施并聯，而對動態均流應選擇開通時間相同的元件實施并聯。在進行硅整流柜均流實驗時盡量選用廠家參數相近、生產批次相同的晶閘管，對其進行均流實驗，保證均流不低于85%，其次進行好耐壓試驗，并對其觸發盒接線以及電阻電容進行詳盡檢查，但這并不是最好的解決辦法。同時還有一個最為簡便的方法就是在并聯元件支路中串聯上一定阻值的電阻，能夠大大地改善并聯元件的電流分配情況，此方法雖然很簡單，但是會損耗電阻功率，并且對元件的動態均流也沒有太大的作用，所以只能用在穩態均流差、功率小的電路中。在并聯支路里對均流電抗器進行串聯，不但能夠對元件間均流狀況很好解決，而且還能對電流上升率di/dt進行限制，其損耗率也很小，但也有其不足之處，其不足在于鐵芯笨重、電路復雜，但結合SS4改機車整流電路來講，其并聯支路少、電流大，所以運用均流電抗器實現均流是非常可靠的方案。

3.2 分析均流電抗器的工作原理

在兩個線圈上有同樣的電流流過后，鐵芯力的激磁安匝會互相抵消，線圈里有很小的電阻壓降。在T1、T2中的電流出現不均衡時，如電流增加產生△時，因為兩個線圈間有互感作用，所以從一個線圈同名端中流入，肯定會引發另一線圈同名端電位不斷提高，出現互感電勢△e，也可以說互感電勢的變化大小與變化率之間呈現正比例關系，隨著變化率的增大，互感電勢就會越來越大。所以說均流電抗器對支路電流變化可以動態跟蹤，及時快速地解決動態均流問題，在支路中加入線圈后，對并聯元件穩態均流狀況不斷完善。

3.3 均流電抗器中各項性能指標

從上述的分析中可以看出，設計20只均流電抗器制造與改造整流柜這一工作，均流電抗器的性能指標包括如下幾項：三匝纏繞匝數；0.5～0.6 V最大感應電勢；800 A/臂（小時制）額定電流。

（1）試驗性能。在地面試驗過程中，均流系數約在96%左右，正式裝車試運行，之后在測試車均流系統過程中，通過運用便攜式均流系數測量儀進行測試，測試結果表明此裝置有著很高的運行效率。

（2）在機車上加裝了整流柜均流電抗器后，裝置沒有出現變色或者過熱狀況，有著很穩定的性能，沒有出現整流柜元件燒毀現象，與設計需求相符。

4 結語

總之，在改善了整流柜均流狀況下，減少了由于均流造成的燒毀元件或者更換元件的數量，確保了機車的安全運作。同時還減少了機破臨修件數，并且在維護運輸秩序上也取得了令人滿意的效果。

參考文獻

[1] 譚本旭，袁文輝.SS4改型機車頂蓋裂紋問題的分析及解決方案[J].電力機車與城軌車輛，2011（5）：43-46.

[2] 王軒生.SS4改型機車齒輪箱漏油故障分析及改造措施[J].電力機車與城軌車輛，2012（4）：77-78.