HXD3機車PSU致APU接地原因分析

李全林

摘要：針對HXD3型機車DC110V充電裝置引起輔助變流器接地的故障問題，分析了故障原因，提出了整改措施，并經運用驗證效果顯著。

關鍵詞：HXD3;PSU充電裝置;輔助變流器;接地

0 ?引言

HXD3型電力機車作為牽引鐵路運輸貨物列車的主力車型之一，在我國鐵路運輸生產中發揮了重要貢獻。近年來，在該型機車運用過程中PSU充電裝置故障率高發，給機車行車質量安全帶來了不良影響。為此，由機務部門牽頭組織機務段及聯合地方科研企業對HXD3型機車PSU充電裝置分兩個階段實施了適應性技術改造提升。其中，第一階段為2017年實施，經技術改造裝車的PSU充電裝置工作可靠、穩定;第二階段為2018年實施，PSU充電裝置裝車運用不到兩個月便發生了一起因充電裝置接地致使輔助變流器1、2均接地的故障，嚴重干擾了延安機務段牽引貨物列車運輸生產秩序。

1 ?故障現象

2018年3月13日HXD30209+208固定重聯機車運行到包西線神木車站時，一位HXD30208機車發生跳主斷、微機顯示屏故障信息欄提示“APU2故障、APU1故障”及司機室多功能狀態顯示模塊“輔接地”紅燈點亮，微機顯示屏故障記錄為“APU2-C接地、APU2-C不動;APU1-C接地、APU1-C不動”，微機顯示屏故障記錄如圖1所示。該組固定重聯機車入整備庫后，檢測APU1、APU2供電負載牽引通風機、復合冷卻風機、油泵、水泵、輔助變流器冷卻風機、主壓縮機、空調等所有輔助機組對地絕緣及AC380V線路絕緣均良好，檢測PSU輸入DC750V供電電路發現PSU充電單元輸入電路部分接地，進一步排查為PSU1、2控制主板接地導致APU1、2發生接地故障。

2 ?電路工作原理及故障原因分析

2.1 電路工作原理

HXD3型機車蓄電池充電裝置由兩套相同的電源模塊（簡稱PSU）、接觸器、繼電器等組成。通常情況下，一套PSU為主充電電源模塊，受控于微機網絡控制系統單雙日控制及PSU單元選擇開關位置而啟動，負責向車載110V用電設備提供電源，另一套PSU為從充電電源模塊，處于熱備狀態。當主PSU故障時，從PSU啟動繼續向車載110V用電設備提供電源。其中，兩套PSU充電電源裝置輸入電壓為DC750V，取自于輔助變流器（簡稱APU）的中間直流電壓回路。當輔助變流器APU2工作正常時，兩臺PSU充電裝置的輸入電壓由APU2提供。若APU2故障或被切除時，PSU輸入電源由輸入選擇接觸器切換到APU1，由APU1的中間直流電壓提供。

蓄電池充電裝置由DC750V電源輸入電路、預充電電路、逆變電路、中頻降壓電路、整流濾波電路等主電路及控制電路組成，電路原理圖如圖2所示。其中，主電路中中頻降壓電路之前的任意電器部件發生接地故障時，將使為蓄電池充電裝置輸入DC750V的輔助變流器中間直流電壓回路接地檢測裝置檢測到接地信號，并將接地檢測信號傳輸至APU控制單元，由APU控制單元觸發保護性跳主斷路器，同時向微機網絡控制系統傳輸輔助回路接地故障信息。

2.2 故障原因分析

由于PSU充電裝置用于控制電路功能實現的控制主板上的3.3V電源模塊內部振蕩變壓器初級接入24V電源，次級為PSU充電裝置的預充電回路中晶閘管（DC750V）提供脈沖觸發信號，因該3.3電源模塊絕緣等級降低，DC750V輸入電路經與晶閘管陰極連接的713線經3.3V電源模塊接地，APU2輔助變流器中間直流電壓回路接地檢測裝置檢測到接地信號后傳送到APU2控制單元，由其觸發主斷路器跳閘并封鎖整流器，再次閉合主斷路器時因APU2故障DC750V輸入供電由APU1提供，致使APU1也出現接地故障并再次觸發主斷路器跳閘，同時APU1、2通過RS485通信總線將APU接地信息傳輸到微機控制柜，導致微機顯示屏報“APU2-C接地、APU2-C不動;APU1-C接地、APU1-C不動”且多功能狀態顯示模塊“輔接地”紅色故障燈點亮。PSU控制主板實物圖如圖3所示，控制電路示意如圖4所示。

將PSU充電裝置的控制主板下車進行耐壓檢測，PSU控制主板1、2上DC24V變換3.3V的電源模塊在帶負載情況下均存在溫升過高（常溫下，殼體溫度達到了45℃左右）引起輸入端與輸出端之間的絕緣等級降低問題，后經進一步排查發現批次號為S/N：011712190110的3.3V電源模塊存在批次質量問題。

3 ?整改對策及效果

針對第二階段PSU充電裝置技術改造提升出現的質量問題，由機務運用段將該產品質量信息反饋參與此技術改造的生產企業，一是將HXD30208機車PSU1、PSU2充電裝置召回，并修復該機車。二是組織售后服務人員到段進行普查，對已技術改造的PSU充電裝置控制主板上所裝用存在批次質量問題的3.3V電源模塊全部予以更換處理。

該整改措施于2018年3月18日開始，至2018年4月15日全部整改完畢。對整改后的HXD3型機車PSU充電裝置進行運用質量跟蹤，再未發生因PSU控制主板故障引起機車APU接地故障問題。同時，通過對PSU充電裝置技術改造提升，解決了HXD3型機車PSU充電裝置故障率高發問題，為機車的安全運用提供了有力保障。

參考文獻：

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[2]大連機車車輛有限公司.HXD3型大功率交流傳動電力機車培訓教材[M].大連：大連機車車輛有限公司，2006.

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