淺談神華號交流電力機車冷卻塔通風系統的優化

李玲

摘 要

結合神華號交流電力機車主冷卻塔通風系統的功能及構成，從現場實際使用過程中對冷卻塔的工作原理及現場使用中存在的問題進行分析，查找出問題所在原因，提出解決方案和措施，并對實施過程及應用效果進行了詳細闡述。

關鍵詞

交流電力機車;冷卻塔;復合散熱器;過濾裝置

中圖分類號： U264 ? ? ? ?文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.19.036

0 引言

隨著朔黃鐵路運能高速攀升，于2009年開始規模化開行組合萬噸重載列車。自2013年起朔黃公司開始采用國家能源集團公司與中國中車共同研制的國產化神華號大功率交流傳動電力機車（以下簡稱：神華號交流機車）。神華號交流機車以動力單元為基礎，模塊化設計，單軸功率大、軸重大，牽引性能優越，自投入運營以來，運行情況良好，由于其牽引功率大、智能化程度高，較大的提升了運輸能力，有效的緩解運能不足的壓力，該車型現已成為國家能源集團公司鐵路運輸的主力車型。

神華號交流機車通風系統進行了一系列重大優化，由直流機車的車體通風方式改為獨立通風系統。由于受外界自然環境的影響，機車投入使用后在經過第3個春夏季時發生多起主變壓器油溫和主變流器水溫過高等保護事件，造成機車功率限制甚至導致列車停在途中的問題。經過對其工作原理及結構組成分析，查找出問題的原因所在，并制定詳細措施進行預防和處置。

1 神華號交流機車冷卻塔通風系統

1.1 機車通風系統概況

機車分成兩節車廂，每節車廂內均有一套相同且獨立的通風系統。其主要作用是對機車上需要進行散熱的電氣設備（或其熱交換器）進行強迫通風冷卻，使其工作溫度在許可范圍內，從而保證機車的可靠工作。共有4個部件的通風支路：牽引電機通風支路、冷卻塔通風支路、輔助變壓器柜通風支路、壓縮機通風支路。

1.2 冷卻塔通風支路

（1）組成：復合散熱器、副油箱、主冷風機、除濕器、水膨脹箱、冷卻水泵、布赫繼電器、金屬軟管等。

（2）工作原理：冷卻系統采用雙循環系統形式結構，即由變壓器冷卻循環系統和主變流器冷卻循環系統組成。兩個環路的冷卻介質流經彼此隔離的散熱器通道，采用一個風機、共用一個進風通道、機架及底座，對流經散熱器的介質進行強制冷卻。

（3）復合散熱器：在冷卻塔中熱交換的核心部件為復合散熱器。復合散熱器分上下兩層，即上層主變流器冷卻循環系統和下層變壓器冷卻循環系統。兩個環路的冷卻介質流經彼此隔離的散熱器通道，但是空氣通道是上下貫通的。

1.3 存在的問題

神華號交流機車全車功率達到9600kW，整流逆變系統中的電源側采用四象限斬波整流器，電機側采用電壓型逆變器，在使用中會產生較大的熱量，同時主變壓器和逆變系統對其工作溫度要求又比較高。當機車冷卻系統出現通風不暢就會造成設備溫度過高，啟動保護機制致使機車功率的發揮受限或者封鎖功率輸出，最終造成列車不能正常運行。交流機車在投入使用后經過第3個春夏季來臨時部分機車開始發生主變壓器油溫或者變流器水溫報警，并且故障發展趨勢過快，嚴重影響鐵路運輸秩序，并且造成重大的經濟損失。故障發生趨勢、故障延時、發生時間等具體情況如表1。

2 原因分析

機車入庫后，首先對機車故障數據進行分析，發現故障機車的油溫和水溫較其他新購機車工作溫度整體偏高10-15℃，隨后對故障機車冷卻塔下方的出風口風速進行檢測，發現故障機車的出風口風速較新購機車的風速下降達到60%以上，分析為冷卻塔風速不夠造成的溫度過高保護。針對風速不達標的問題，通過對故障機車的冷卻塔拆解檢查發現復合散熱器上方覆蓋滿滿一層絮狀物質和炭粉。

通過對絮狀物質的成分分析主要為柳絮和楊絮，原因為朔黃沿線自然環境中種植著大量的柳樹和楊樹，在春季這兩種樹都會生長出大量的樹絮，由于車頂進風口防護網孔較大不具備攔截樹絮功能，當樹絮被吸入冷卻塔后由于散熱器通風孔比較細密造成樹絮被散熱器翅片攔住，結合發生故障的季節和月份特點分析朔黃線自東向西存在一定的季節差，在4-6月全線先是有柳絮再到楊絮持續3個月的不斷飄浮，加上北方春季雨水較少不能通過自然條件對散熱器進行及時和經常性的沖洗，造成長期積累導致風路堵塞。

3 方案設計

3.1 功能分析

機車在設計之初未能全面考慮到機車運行環境的復雜性，沒有考慮細小物質堵塞散熱器的問題。因此，需要實現機車散熱器翅片不被堵塞，可以通過對冷卻塔進風口及散熱器表面進行防護，減少細小絮狀物質進入散熱器，防止散熱器堵塞。

3.2 系統方案

（1）針對既有機車冷卻塔進風口防護網網孔較大問題，需要在保證冷卻塔通風量不被衰弱的條件下在車頂既有濾網上加裝相應的過濾裝置，進行一次過濾從而減少細小物質被吸入。

（2）針對散熱器翅片不便于經常清洗且檢修周期較長的問題，采取的方案為在保證通風量的條件下在散熱器上方也增加一組過濾裝置，進行車頂過濾后的二次過濾，從而解決散熱器堵塞故障。

3.3 實施方案

（1）冷卻塔車頂過濾裝置

由2片1291mm*521mm*30mm的過濾網分別扣在冷卻塔進風口側面，兩邊用固定螺絲進行緊固。結構圖及安裝圖（如圖1所示）。

技術參數：尺寸：1291mm*521mm*30mm;目數：18;材質：304不銹鋼。

（2）散熱器上方過濾裝置

散熱器進風口空氣過濾網，由2片680*610mm的過濾網和2片610*310mm的過濾網和中間連接支架組成，直接放置在散熱器上部。結構圖及安裝圖（如圖2所示）

技術參數：尺寸680mm*610mm，610mm*310mm;目數：18;材質：304不銹鋼

（3）完善冷卻塔系統日常維護管理制度，主要是機車技術管理部門制定相關技術管理規范及相關技術作業要求，即每年4月1日至7月31日每五天清潔一次，其他時間每月清潔一次。

4 優化效果

4.1 冷卻塔通風系統參數的監測

針對上述方案在冷卻塔車頂及散熱器上方均安裝了過濾裝置，對冷卻塔下出風口進行風速測試，測得風速比參數最低值為92.04%，符合散熱器風速比不低于10%的要求，對比數據如表2所示。

4.2 機車故障件數

從2016年下半年開始逐步推進機車改造，機車故障途停件數明顯減少，并有效得到控制最終實現零故障，具體數據如圖3所示。

4.3 過濾裝置過濾絮狀物質效果

1）冷卻塔車頂過濾效果

經過3年春季機車運行的冷卻塔車頂過濾裝置及散熱器上方過濾裝置的現場跟蹤寫實，發現過濾裝置起到明顯過濾作用，如2019年5月13日，神華號8003機車運行1600公里后入庫車頂濾網外側攔截絮狀物質，如圖4所示。

2）散熱器過濾效果

在對機車冷卻塔過濾效果跟蹤寫實的同時對散熱器狀態也進行寫實，在修程中發現散熱器翅片中間杜絕堵塞問題，具體效果如圖5所示。

5 結束語

通過上述的優化，神華號交流機車冷卻塔系統因各種物質導致散熱器堵塞造成冷卻系統通風量不足致使機車過熱保護的問題有效得到了治理，經過3年的使用情況對比，目前基本杜絕了因為季節原因導致的機車散熱器堵塞問題，為朔黃線重載運輸提供了優質機車，有效保證了運輸暢通，為國家經濟快速發展提供充足的能源。

參考文獻

[1] 溫中建，顏罡.和諧HXD1型大功率交流電力機車網絡和控制系統[J].電力機車與城軌車輛，2007（1）.

[2]榮林.神華號八軸交流電力機車[M].北京：中國鐵道出版社，2014.12.

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