对HXD3型电力机车蓄电池故障的分析与对策

陈国强

（南京铁道职业技术学院，江苏南京210015）

1 发生故障情况

HXD3-024机车担当L453次旅客列车（牵引18辆、换长42.9、重1 016t），运行至南京站过分相后，TCMS屏出现“DC 110V运转停止”等故障，后维持运行进南京站8道，检查机车控制电压只有60V，请求救援。

2 机车回机务段检查情况

回机务段后对机车进行检查：机车总控制电压为75V，机车无法升弓试验，重新对机车蓄电池补充电，蓄电池充电正常，电压升至110V。升弓试验检查机车APU、PSU工作状态均正常，无任何故障显示。闭合QA56（直流加热）断路器，直流加热正常。再闭合QA72（交流加热）断路器，交流加热正常。但发现KE11继电器（交、直流转换继电器）工作状态指示灯虽亮，但该继电器未能正确动作，直流加热电路未正常断开，始终处于放电状态。

3 电路分析

图1是HXD3型电力机车低温加热及直流交流转换电路示意图。机车在没升弓合主断前，辅助变流器由于没有输入电源，不能工作，因此，不能给低温加热电路提供三相交流电源。由于DC 110V控制电源的电能是由辅助变流器中间直流电路提供的，而此时辅助变流器不工作，DC 110V控制电源（即直流110V充电电源模块）自然也不能工作。此时低温加热电路只能由蓄电池提供电源。

闭合空气自动开关QA56，同时闭合交流加热空气自动开关QA72，由于交流电路中的直流交流加热转换继电器此时不得电，其串联在直流加热接触器KM22得电电路中的常闭触头闭合，其串联在交流加热接触器KM21得电电路中的常开触头断开，使KM21不得电。KM21串联在KM22得电电路中的常闭触头闭合，这样便接通直流加热接触器KM22得电电路，KM22得电动作，其常开触头闭合，机车首先使用蓄电池对机车110V电源装置、LC滤波装置、TCMS与APU加热。

当机车可以正常升弓合主断后，辅助变流器工作，输出三相交流电，经隔离变压器AT降压后，给交流加热电路提供电源，从AT1次边三个绕组中间分别抽头出281、282和283号线，经过交流加热空气自动开关QA72分别使284、285、286号线得电，284号线得电后，使直流交流转换继电器KE11得电，直流交流转换继电器KE11得电动作，KE11得电后，其串联在直流加热接触器KM22线圈电路中的常闭触点断开，使直流加热接触器KM22失电。KM22失电后，其串联在交流加热接触器KM21电路中的常闭触点闭合，而KE11得电后，其串联在KM21电路中的常开触点闭合，这样就连通了交流加热接触器KM21得电电路，KM21得电后，其串联在直流加热接触器KM22得电电路中的常闭触点断开，确保KM22不动作。由于KM22的失电，其在低温预热回路中的各常开触点断开，从而断开低温预热直流电路，KM21得电动作，其在低温预热回路中的各常开触点闭合，继电器KE11和接触器KM21闭合，接触器KM22断开，转由AC 110V进行低温预热，对辅助变流器、110V电源充电模块、微机控制系统、滤波装置、管路加热套进行加热，还对主变流器、总风压力开关、重联插座、取暖器、电热玻璃、饮水机等进行加热，从而实现低温预热回路由直流供电向交流供电的转换。

从以上电路分析可知，HXD3型电力机车直流低温加热电路是用于机车升弓、合主断前对直流110V电源充电模块、微机控制系统、滤波装置、管路加热套等进行加热，消耗的电能由蓄电池提供，在机车升弓、合主断之后，就改由交流电路供电，而这一过程的转换，是通过直流交流加热转换继电器KE11完成的。

图1 HXD3电力机车低温加热及直流交流转换电路示意图

4 蓄电池故障原因分析

徐州地区下雪气温较低，为确保撒沙装置工作正常、各系统的正常使用，乘务员在交接时闭合了低温预热空气断路器QA56，及交流加热空气断路器QA72对机车部件进行加热并对沙进行加热干燥，由上面电路分析可以看出，闭合QA72，机车由受电弓取流时，通过KE11继电器正确动作，应能自动切除直流加热，只有在过分相时直流加热才起作用。但如果KE11继电器故障，不能正常动作，情况就不一样了，由于KE11常闭触头不断开，导致在受电弓取流状态下直流加热无法自动切除，仍处于工作状态，另外，KE11常开触点不闭合，使得交流加热电路无法投入，这样只能由直流电路供电。即在给各控制电路和照明、制动等电路供电又给低温预热供电，由于直流电源的容量在设计时没有考虑到同时还给低温预热电路供电的情况，使得直流110V控制电源显得容量不够。虽然HXD3电力机车设置了独立的两套直流110V控制电源，但两套电源不能同时投入，这就造成与其并联的蓄电池向外提供能量，对蓄电池来说是非常不利的。在升弓合主断后不仅得不到DC 110V控制电源的浮充电，而且还要继续放电，尤其是在机车过分相时，由蓄电池单独对控制、照明、制动、车载设备供电和低温预热电路供电，就造成蓄电池大电流放电。徐州到南京电气化铁路上分相区众多，这就造成蓄电池容量大幅下降。南京站进站前过分相时，主断断开后，机车所有的用电设备全部由蓄电池供电，蓄电池电压下降过大，只有60V，已不能维持机车控制系统的正常工作，过完分相后，主断无法闭合，直流控制电流不能再次投入，微机检测到这一情况，显示DC 110V运转停止故障信息，机车利用其运行的惯性，维持运行到车站8道。但停车后因为无法得到动力，而不能继续运行。

5 对策

这起HXD3型电力机车蓄电池故障的发生，暴露出其低温加热直流交流转换电路中的问题。现有的电路只使用直流交流转换继电器KE11这一装置控制低温加热直流电路断开不可靠，而在设置直流交流转换继电器KE11的同时，还应该采取措施确保低温预热直流电路断开，以免造成蓄电池亏电现象。

由以上分析可知，为确保HXD3型电力机车在升弓合主断后低温加热直流电路可靠断开，必须同时采取两种断开措施。KE11是通过其触点的断开，使直流加热接触器得电电路断开，从而使直流低温预热直流电路断开，那么我们必须在其他地方再设置一个可以控制的断点。前已述及，在低温预热电路电源输入端有一个低温预热空气断路器QA56，QA56处于断开位置就可以断开低温预热直流电路，但QA56通常需要人工操作，只有在过载、过流情况下才自动跳开。所以这个断点不象KE11可以自动控制，为保证在机车升弓合主断后，电路在QA56处及时断开，可以在直流110V电源输入端设置控制断点。建议QA56不要直接和直流110V控制电源的正线350号线连接，而是要经过一个非门控制电路，再和直流110V控制电源的正线350号线连接。非门控制电路输入信号为主断路器QF1状态信号431号线。低温预热直流电源非门控制电路示意图见图2。其作用过程是当主断没有闭合时，431号线不得电，其电位为低电平，非门控制电路输出高电平，给低温预热直流电路供电，一旦主断路器闭合，431号线得电，其电位由低电平变为高电平，那么非门控制电路就输出低电平，断开低温预热直流电路电源。这一非门控制电路和KE11并行使用，确保升弓合主断后，低温加热直流电不工作，从而避免对蓄电池的损害，提高机车运行的可靠性。

图2 控制电路

6 结束语

由于HXD3型电力机车低温预热直流供电电路的断开只依赖于直流交流转换继电器KE11得电动作这一个途径，当直流交流转换继电器KE11发生故障，不能正常动作时，直流电源便不能断开，致使机车在运行一段时间后，造成蓄电池严重亏电，使机车不能继续运行，影响了铁路运输的安全畅通，如果低温预热直流供电电路另设一个可控制的断点，则可以确保机车在升弓合主断后低温预热直流供电电路可靠断电，从而保护蓄电池不致亏电。这可以采用一个非门控制电路来解决。

［1］铁道部运输局装备部.HXD3型电力机车［M］.北京：中国铁道出版社，2011.

［2］张曙光.HXD3型电力机车［M］.北京：中国铁道出版社，2009.

［3］李 新.HXD3型机车用DC 110V电源装置［J］.电力机车与城轨车辆，2008，31（2）：42-44.