HXD2型電力機車電機隔離故障技術分析與研究

李晛

摘 要：自從HXD2型電力機車在各個機務段實際工作運行以來，該型號機車的電機隔離故障事故時有發生。文章通過探究HXD2型電力機車的牽引電機控制回路工作原理，進而分析可能引起機車電機隔離故障的各類因素，并且對電機隔離故障出現時發生的具體問題進行分析，以及提出對應的處理方法。

關鍵詞：HXD2型電力機車;電機隔離故障;牽引電機

中圖分類號：U269.6 文獻標識碼：A

0 引言

近些年來，隨著各個機務段的HXD2型電力機車的投入運行數量逐年增加，已經開始成為該地區的機務電氣化區段配備主力機車。從開始投入使用至今，主要的工作任務是擔任萬噸列車的牽引。投入數量增多的同時，該型電力機車的故障率也明顯增多。主要出現的安全問題有以下幾種，一在長距離的下行坡道上，由于動力喪失造成的制動力下降，導致制動距離延長。二是機車的電機隔離問題，引發的主斷合不上，使得無法正常行車。這一系列問題都迫在眉睫急需解決，因此我們需要研究導致電力機車出現電機隔離故障的原因并且能夠制定相應的處理方法和預防手段。

1 牽引電機主控制回路原理研究

該型電力機車的整體牽引電路是由四組相同的牽引變流裝置組成的，這些裝置的內部原理相同，所以以一個為例具體分析。這四組裝置被放置在兩個柜體之中，這些裝置各自包含一個四象限整流器、一個中間電路和一個三相PWM逆變器。整套系統的主變壓器設置有四個相互獨立的次邊牽引繞組，這些牽引繞組可以保證實現向兩臺主變流器供電，通過四象限脈沖整流器實現交流到直流的電流變換。這些脈沖整流器又通過相互輸出可以形成直流回路，在這個階段可以實現二次波吸收和保護等。通過三相逆變器可以實現整個裝置的VVVF變換，進而可以拖動異步牽引電機工作，實現機車牽引電機軸控方式。所以HXD2型電力機車的主電路通過交直交電傳動方式，將能量通過牽引的方式傳給電機，最后實現電能到機械能的能量轉換。

2 牽引電機隔離故障原因分析

2.1 功率模塊故障

三相逆變電路的作用是通過PWM脈寬調制控制使中間直流電路的DC1800V轉變為三相交流電進行輸出，為牽引電機提供電壓和頻率可控的三相交流電源，進而實現對三相異步牽引電機輸出功率的控制。每個單元PWM逆變器都有相對應的牽引電機，是實現機車的軸控驅動的重要部分。一旦其工作過程發生功率模塊故障，就會導致牽引電機主控制回路保護，造成電機隔離故障。功率模塊出現問題的主要方面是質量問題，部分模塊的質量不過關，在逆變過程中出現停機的情況;模塊的熱循環性能不足，會造成能量的大規模浪費;主變流器的通風裝置存在問題，會造成溫度過高時降溫不及時影響模塊性能，嚴重時甚至會燒毀模塊。這些模塊無論是整流器部分的，還是逆變器的部分的，造成電機隔離故障的原因大多類似，當變流器的一些功率模塊工作時存在問題，牽引電機的回路保護就會打開，最終造成電機隔離的情況。

2.2 主接觸器故障

主接觸器存在的問題大多數表現為接觸不良的現象，這個現象一般表現為工作時出現問題，等將電機送到檢車點時又發現工作正常。當有這種情況發生時，主要考慮出現了接觸不良的情況，之所以出現主接觸器的接觸不良一般是：一是本身的物理因素有異物或其他造成的;二是控制系統收到錯誤的信息導致主接觸器的斷開保護。

2.3 列車管壓力傳感器故障

該故障的主要問題是線性度不良，發生問題主要在列車管的減壓階段。當列車管四個軸的壓力傳感器在減壓或者緩解階段數值相互比較時，相差過大就會造成偏差超過閾值，造成電機隔離的問題發生。

2.4 牽引控制單元（TCU）故障

HXD2型電力機車每個主變流柜內都有兩個牽引控制單元（TCU），機車控制系統通過FIP總線對TCU進行通信和控制。每組TCU通過控制相應的四象限整流器和逆變器，驅動一臺三相異步牽引電動機，進而實現單軸控制。TCU是對牽引電機進行軸控的中樞，一旦TCU出現故障（通訊、電源、信號故障等），就無法與機車控制系統進行信息交換，進而造成牽引電機隔離。TCU故障主要是分為兩個大方向，一類是電源板出現問題，另一類是接觸不良。但還有一些小的問題，例如TCU的后端壓力傳感器脆弱，常常會因為風機的劇烈震動導致損壞等等，這些都會造成電機隔離的情況發生。

2.5 牽引電機風機故障

在該型電力機車運行以來，通風機因為電機燒壞、軸承固定、發生異響等情況更換次數過多，占據了更換設備部件的一半以上，造成風機故障的主要因素有以下幾種：一風機的電動機兩側的軸承在設計時就是免維護的設計方案，但在實際工作階段這遠遠不能滿足實際需要，經常會造成軸承短油、干損等;二是風機的電機設計問題，在后端的墊圈彈力太低，會導致電機的異動。

2.6 牽引電機接線盒進水

多數HXD2型電力機車牽引電機的故障原因是由于電機接線盒進水或進油導致電機大線短路、接地而造成的。通過分析故障數據，顯示的故障代碼是DA_RETSOND： InverterIGBT（static），即逆變器IGBT故障（靜態），表現為IGBT或二極管短路。經過維修發現，造成故障的原因是機車底部牽引電機接線盒出現了不同程度的進水或進油現象，造成接線盒短路進而引起了牽引電機隔離故障。進水的主要原因是機械漏雨并且雜物堵塞了排水孔，導致雨水順電機大線流入接線盒而不能及時排出。進油的主要原因是壓縮機發生漏油現象，泄漏的壓縮機油通過地板流入接線盒。

3 牽引電機隔離故障應對措施

在應對方面，因為故障原因多樣，要具體問題具體解決，對于以上幾種情況，現有以下幾類措施：

對于功率模塊問題，首先是嚴格控制功率模塊質量，在模塊采購階段進行抽樣檢查，一旦發現某一生產線的模塊質量出現問題，及時更換采購方向。在功率模塊的熱循環異常和由于通風機的原因導致的功率模塊溫度過高，存在燒毀的現象，建議在對機車系統的溫度控制部分進行優化處理和對通風機的通風系統重新設計。除此以外，當外界灰塵過多時，也會造成溫度的過高，要做到日常清理各個部件，減少一般環境原因造成的不必要損失。

對于接觸器故障問題，主要還是在日常檢修階段，認真檢查和保養設備，保證正常的工作狀態。另外可以優化主接觸器的傳感器相關的工作系統，設置合適的閾值參數等。

在TCU方面，一是加強TCU本身的質量，二是多利用測試設備對TCU測試，發現異常時聯系相關生產公司進行維修。

最后在牽引電機風機問題方面，可以采取的手段有：一是設計合理的波紋墊圈彈性強度、更換質量更為優良的軸承。二是在日常的保養檢查階段增強防范意識，有風機異響時及時更換問題設備。

4 結束語

HXD2型電力機車自從投入使用以來就產生了很多的故障，且故障原因多而復雜。除了上面說的牽引電機隔離故障之外還有一些其他的故障，很多故障都可能是由于其中電器的質量所產生的。因此綜上看來，對于機車常見的一些故障要多進行總結研究，這樣在以后的故障中要是遇到相同的問題，就可以極大的縮短時間進行故障調試，保障機車的修理時間減少。除此之外，還要多積極的探索主回路各部件有效的改進措施和維護方式。這樣才能最大限度的減少由于牽引電機隔離故障所發生的機率。

參考文獻：

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