HXD1C 型电力机车主回路接地故障分析

贾燕茹，刘海燕

(郑州铁路职业技术学院，河南 郑州 450052)

1 牵引变流器的结构

TGA9 型牵引变流器应用于机车轴式为C0-C0，牵引电机轴功率为1225kW 的六轴7200kWHXD1C型交流传动电力机车。牵引变流器采用模块化结构，四象限整流器和逆变器采用相同的变流模块，直流环节电压为DC1800V，主电路采用二电平三重四象限整流器+VVVF 逆变器模式，每重四象限整流器和一个逆变器组成一组供电单元，为一台牵引电机供电，控制方式为轴控。中间直流回路设有支持电容、谐振电容、接地检测模块、固定放电电阻和斩波电阻等［1］。牵引变流器主电路原理图如图1。三个主电路单元的直流回路通过隔离开关(K1、K2、K3)并在一起，正常工作时隔离开关闭合，三个单元公用中间直流回路和二次谐振回路。

图1 TGA9 型牵引变流器主电路原理图

1.1 主电路接地检测

以第一个主电路单元的中间直流电路来说明主接地检测原理，如图2 所示。

图2 中间直流电路的电路图

主电路接地电路如图3 所示。

图3 主电路接地检测电路

主回路接地检测电路不仅检测中间直流电路，同时还检测了四象限输入侧电路及逆变侧输出电路。该电路由接地电阻R12、R13，中间半电压传感器VH1，中间全电压传感器VH2 构成。

式中:全电压即电压传感器VH2 的值，半电压即电压传感器VH1 的值。

1.2 中间直流接地信号流程(如图4)

图4 中间直流接地信号流程图

从TCU 主回路接地保护信号的形成流程可以看出，中间直流电压和接地检测电压通过模拟输入A板的采样电阻，经过网侧信号板对二者进行低通滤波、放大等处理并将它们进行合并，形成主回路接地保护信号。

2 主回路接地故障及处理方法

主回路接地故障可以分为两大类:主变流器外部的主回路接地故障和主变流器内部的主回路接地故障。

2.1 主变流器外部的主回路接地故障

2.1.1 变压器回流电流互感器插头问题引起的接地故障

案例:2010 年1 月某机务段0148HXD1C 型电力机车途中运行时偶尔报TCU2 主回路接地故障，主断保护断开，库内检查时故障较难再现。长时间反复试验，故障有时会出现。因这次的主接地故障造成三次机破，经长期扣车检查及两次保驾试运，均未发现故障点。在历经一个多月的检查后最终发现为原边回流互感器插座信号正线接线烧损，对地放电所致。

故障排查过程:根据故障发生时TCU 记录的故障波形图(如图5)，对主变流器2 主回路的相关部件一一验证，都已经确认正常，后又验证接地故障和变压器无关联。

图5 故障波形图

后经株州机车公司检查发现变压器回流端电流互感器外插座有烧损痕迹。将互感器插头拆下来检查，发现互感器信号正线胶皮已经烧焦，和金属外壳距离很近，运行中随着机车震动和冲击，正线与外壳之间容易出现短接放电现象。

原因分析:在变流器内部是通过电阻采样互感器电流，再由TCU 的模拟采样通道进行滤波、放大进行保护动作。由于互感器正线接地，对+15V 和-15V 电源造成严重干扰。接地检测电压传感器由+15V 和-15V 电源供电，从而使传感器的输出存在瞬间失真，造成TCU 检测到的中间电压存在挖坑现象，在挖坑剧烈，达到主接地保护设定值时会报出接地故障［2］。

2.1.2 电机接地故障

案例:2011 年7 月某机务段0463 号HXD1C 型电力机车单机牵引运行，报TCU1 主回路接地，三轴逆变过流，造成TCU1 隔离，牵引力不足造成机破。

故障排查过程:首先验证电压传感器、TCU 相关插件板均无故障，继而排除电容的故障，后甩开第三电机，用摇表检测出第三电机的三相对地电压均为零，由此判断为电机接地。

2.2 主变流器内部主回路接地故障

2.2.1 接地检测电压传感器故障

由式(1)可知当电压传感器VH1 和VH2 一个有故障时，VH1 或者VH2 的取值就会变成0，满足:=900V ＞720V，机车报主回路接地故障。

2.2.2 板件故障引起的接地故障

从TCU 主回路接地保护信号的形成流程可以看出，中间直流电压和接地检测电压通过模拟输入A板的采样电阻采样，经过网侧信号板对二者进行低通滤波、放大等处理并将它们进行合并，形成主回路接地保护信号。由此可见模拟输入A 板、网侧信号板故障同样能导致主回路接地故障。由于两块插件所具备功能并非只是采样处理中间直流电压和接地检测电压，所以此类原因所致的主接地故障一般不是单独出现，而是和其它一些与两块插件相关的故障一起出现。从机车运用情况来看由模拟输入A 板引起的主回路接地较为少见，由网侧信号板引起的主回路接地较为频繁，一般伴随直流过压或是原边电流故障。所以当主回路接地伴随一些与模拟输入A 板、网侧信号板有关的故障时，应该及时通过对换插件来排除故障。另外，由于中间直流电压通过LCC 板控制，所以LCC 板故障也有可能引起主回路接地，但实际机车运用中由LCC 板引起的主回路接地较为罕见。

2.2.3 接地检测电阻R12、R13 接地

当R12 接地时，即R12 短路。VH1=0，VH2=1800V，=900V ＞720V，机车报主回路接地故障。

当R13 接地时，即R13 短路。VH1=1800V，VH2=1800V，=900V ＞720V，机车报主回路接地故障。

2.2.4 二次谐振电容击穿引起的接地故障

电容故障引起的接地故障可以理解为电容坏死，造成正极或负极与外壳接地。通过电路图可知，正负极接地可以转化成R12、R13 接地去理解。

2.2.5 冷却液泄露引起的接地故障

案例:2011 年3 月某机务段0509 号HXD1C 型电力机车报TCU2 主回路接地，上车后发现TCU2 热交换器出水口快速接头大量漏水，柜体内部及变压器上有大量漏液，库用电源S 极的电连接压塑件烧损。

原因分析:库用电源S 极的电连接压塑件烧损，导致S 极接地，报出故障。

此外现场误报接地的情况也时有发生。

3 总结

HXD1C 型电力机车上线运行以来，TCU 主回路接地故障是典型故障之一。此故障的排查工作量比较大，对此类故障的分析总结对现场工作有很大的帮助。通过对TCU 主接地故障原因的分析可以看出，根据其故障信号产生的流程，由接地检测点向两边追查，顺藤摸瓜，就能找出故障。这个方法同样适用于其他故障排查，希望对现场工作有所帮助。

［1］荣智林，忻力，陈燕平，等.TGA6 型主辅一体化IGBT 变流器［J］.机车电传动，2010(05):10-30.

［2］徐培刚，彭军华，罗铁军.HXD1C 型机车主电路接地故障分析［J］.机车电传动，2013(03):5-10.