浅析HXD1型电力机车蓄电池亏电原因和预防措施

齐明浩

摘 要：本文针对HXD1型神华号大功率交流传动电力机车蓄电池亏电的原因进行分析，对神华号大功率交流传动电力机车蓄电池的特性进行介绍，并针对在朔黄铁路运行中的实际情况，提出预防蓄电池亏电的措施和日常检修中的维护方法。

关键词：蓄电池；亏电；充电；维护

中图分类号：U269 文献标志码：A

0 引言

HXD1型神华号大功率交流传动电力机车采用阀控式密封铅酸蓄电池作为控制系统起动和后备电源，起着十分重要的作用。神华号大功率交流传动电力机车的蓄电池自2013年1月在朔黄铁路运用以来，总体使用情况正常，但仍出现亏电、鼓包、失效等现象；本文通过对神华号大功率交流传动电力机车蓄电池的特点、结构性能、工作原理等讲解，就其亏电原因进行探讨、分析，并提供可靠的预防及检修措施。

1 神华号大功率交流传动电力机车蓄电池的特点

1.1阀控式密封铅酸蓄电池采用多重密封技术，能确保在振动使用下，蓄电池不渗漏电液。

1.2阀控式密封铅酸蓄电池的安全阀具有自动平衡蓄电池内部气体压力、防爆的功能，使用安全可靠。

1.3阀控式密封铅酸蓄电池采用先进的超细玻璃棉（AGM）隔板，使电解液全部吸附在极板和隔板中，气体复合效率98%以上，无酸雾逸出，不腐蚀设备。

1.4阀控式密封铅酸蓄电池采用独特的板栅设计，腐蚀速率低，有效地延长了蓄电池使用寿命。

1.5阀控式密封铅酸蓄电池极柱采用嵌入式大面积铜芯，大电流放电性能优越。

1.6阀控式密封铅酸蓄电池槽采用阻燃、超强ABS材料，有效地保证蓄电池的阻燃性和耐振动冲击性。

1.7阀控式密封铅酸采用高品质的原材料，把蓄电池自放电控制在最小。

1.8阀控式密封铅酸先进的工艺配方和严格的工艺控制，确保蓄电池产品具有充足的容量和整体性能均一可靠。

2 神华号大功率交流传动电力机车蓄电池的结构性能及工作原理

2.1阀控式密封铅酸蓄电池主要由外壳、正负极板、电解液、安全阀等组成。每节蓄电池标称电压2V，容量为170A·h，每节机车上装有48节蓄电池串联。

2.2阀控式密封铅酸蓄电池是一种能将电能与化学能互相转换的装置，采用超细玻璃纤维来吸储电解液，并同时为正极上析出的氧气向负极扩散提供通道，正极产生的氧气顺着通道扩散到负极复合成水，达到无酸雾逸出，不需加水维护的效果，其反应式为：O2+2Pb+2H2SO4→2PbSO4+2H2O。阀控电池在充放电过程中产生以下化学反应：

（放电）PbO2+2H2SO4+Pb→PbSO4+2H2O+PbSO

（充电）PbSO4+2H2O+PbSO→PbO2+2H2SO4+Pb。

2.3 神华号大功率交流传动电力机车蓄电池的工作原理

神华号大功率交流传动电力机车的蓄电池是通过机车上的蓄电池充电机来工作的。正常运行中蓄电池与电源柜并联运行，并作为机车整流控制电源的滤波环节，以保证电压脉动符合要求。机车的蓄电池充电机将三相交流440V电源转换为直流110V电源，为机车提供110V电源，并为蓄电池组充电。它由5个3AC440V转换为DC110V的模块、两个DC110V转换为DC24V的模块及1个监控模块组成，DC110V模块为机车的控制系统、信号系统、制动系统提供110V控制电源并为蓄电池充电，DC24V模块给标辅灯、仪表灯等设备提供DC24V电源，监控模块对DC110V电源、DC24电源以及蓄电池充电进行监控、显示和管理，同时蓄电池充电机可以通过内重联插座给它节车供电。

3 造成神华号大功率交流传动机车蓄电池亏电的原因

3.1 蓄电池本身问题引起亏电

朔黄铁路2013年引入神华号大功率交流传动电力机车，2014年底陆续出现机车蓄电池亏电现象，通过打开蓄电池箱体检查发现蓄电池出现不同程度的鼓包、变形现象；通过和厂家技术人员研究发现所有鼓包、变形的蓄电池均为2014批次產的蓄电池；对鼓包、变形蓄电池解剖后发现电池正负极板板栅上杂质较多，电池里电解液干涸。分析原因为蓄电池本身质量不合格；由于蓄电池极正负极板板栅上有过多杂质，当电解水和正负极板里的硫酸铅进行化学反应时，产生气体过多，造成蓄电池安全阀压力过高，无法全部排出气体，导致蓄电池内部气体过多，压力增大，因此引起蓄电池外壳发生鼓包、变形现象，单个蓄电池报废，引起整体蓄电池组电压过低，造成蓄电池亏电。

3.2 过度放电造成蓄电池亏电

由于神话号交流电力机车传动功率大，在机车启动前蓄电池为机车控制电路操纵供电（如照明电源），以完成机车受流前的准备，同时以蓄电池为电源使升弓压缩机工作，升受电弓。当机车启动后在运行中，如果部分110V开关电源出现故障时被切除后，由蓄电池组供电维持故障运行。因此蓄电池长期为各种负载供电，引起蓄电池端电压降低很多，在正常运行中虽然蓄电池处于浮充电状态，能保持端电压高于96V，但当机车到站降弓后，蓄电池不处于浮充电状态，同时为控制电路110V设备供电，长时间使蓄电池处于放电状态，造成蓄电池电解液电位降低，造成蓄电池亏电。

3.3 长时间超出标准环境温度引起蓄电池亏电

蓄电池的最佳使用温度为25℃，而朔黄铁路是西起山西省神池县神池南站，东至河北省黄骅市黄骅港口货场。正线总长近600km的重载铁路。过黄土高原、太行山北段、入华北平原进而抵达渤海西岸。环境温度差异明显，夏季华北平原地表气温30℃以上，在太阳直射蓄电池箱体的时候，蓄电池箱体里温度高达40℃以上，过高的温度环境会使蓄电池在化学反应时消耗过多的电解水，引起电解液干涸，缩短电池的容量，造成蓄电池亏电；尤其在冬季，神池南站最低温度可达-30℃～-20℃。并且机车运行中电源柜充电机充电电压以25℃为基数进行浮充电，在低温环境下蓄电池长期不能充分充电，放电过多，造成蓄电池亏电。

4 蓄电池亏电的预防措施与维护

针对以上影响蓄电池亏电的原因，只要采取正确的预防措施和维护方法，就能有效防止蓄电池亏电，保证机车正常运行。

4.1 完善蓄电池充电方式

根据朔黄线上神华号大功率交流传动电力机车的蓄电池检修工艺，对进入修程的机车的蓄电池进行检查（确保蓄电池无漏液、鼓包等现象，绝缘件无烧损，接线端子无锈蚀、变色）和测量电压（必须负载放电5min～10min再进行测量），并根据蓄电池的状态和电压值不同，可更换为新品蓄电池或通过蓄电池充电机进行不同方式的充电（由于原有蓄电池充电机的限制，充电方式一直采用的是恒压限流的快速充电方式，现引进了新式蓄电池充电机后可对蓄电池进行多种方式充电）；如：蓄电池组出现鼓包或漏液或单节蓄电池电压值低于1.7V必须更换，单节蓄电池电压值在1.7V～1.8V可用快速充电方式充电6h～8h，单节蓄电池电压值在1.8V～1.9V可用均衡充电方式充电4h～6h，单节蓄电池电压值在1.9V～2.0V可用浮充电方式2h～4h。充电完毕后，必须再次对蓄电池进行空载和负载测量，以保证蓄电池电压值符合机车上线运行的技术要求。

4.2 对蓄电池柜和机车照明电源进行改造

由于神华号大功率交流传动电力机车的蓄电池在朔黄铁路上运行中温度差异大，建议在蓄电池箱体里加装通风冷却装置和加热装置。夏季开启通风冷却系统对蓄电池进行降温；冬季对蓄电池柜进行加热，使其达到使用的最佳温度25℃。根据在7085号机车技改的蓄电池实时监测装置的试验效果，可应用于其他神华号大功率交流传动电力机车的蓄电池上，有助于机车运行，司机可以通过该装置对蓄电池进行实时监测。此外还可把神华号大功率交流传动电力机车的前照灯、司机室照明灯、机械间走廊灯等照明电源技改为电子节能灯，降低机车照明电源对蓄电池的消耗。

4.3 更换大容量的蓄电池

蓄电池的容量是蓄电池在一定放电条件下所能给出的电量，以符号C表示。常用的单位为安培小时，简称安时（Ah）；神华号大功率交流传动电力机车现使用的为170Ah容量的蓄电池，根据朔黄铁路有限责任公司机辆分公司技术部与蓄电池厂家的研究2016年特别引进了一批220Ah的蓄电池，并首先应用在了神华十二轴大功率交流传动机车8001和8002上试验其性能，通过这两年多来的应用，220Ah的蓄电池没有出现过鼓包、漏液、亏电等不良现象。因此建议把在朔黄线上运行的所有神华号大功率交流传动电力机车的蓄电池全部更换为220Ah的蓄电池，这样可以有效地解决蓄电池亏电的问题，保证蓄电池的良好状态，确保机车正常运行。

4.4 规范对机车蓄电池的使用和维护

在运行区间停电期间，在保证最小机车控制需要的情况下，尽量关闭其他一切控制电源，如关闭微机电源（=32-F12）、走行部电源（=47-F01）、机械间走廊灯（=52-F02）、辅照灯（=51-F04）、仪表灯（=52-F03）、前窗加热（=63-F01）、屏柜加热（=63-F03）等，因为这些设备都在消耗机车的蓄电池电量；区间来电后再将上述所有电源开关闭合，这样可以避免机车启动时蓄电池电压过低。在机车进入临修或辅修作业中，对机车进行技改或相关作业需要用电时，必须禁止闭合蓄电池开关，禁用蓄电池作为电源给其他设备设施供电；如需供电要引入外部电源进入机车内进行作业。

当机车长期停放时，除关闭蓄电池自动开关（=32-F06）外，还要关闭电源柜内蓄电池闸刀，当机车停放超过3个月，每半年对机车蓄电池进行一次均衡充电，保证蓄电池电压符合机車运行要求。

结语

由上文可以看出，阀控式密封铅酸蓄电池是神华号大功率交流传动电力机车的关键部件，起着稳定神华号大功率交流传动机车正常工作的重要作用，因此要确保蓄电池的状态良好，同时对蓄电池的日常使用和检修维护要严格按照技术规定执行，保证稳定华号大功率交流传动电力机车在朔黄铁路上安全可靠运行。

参考文献

[1]侯跃文.神华重载运输大功率交流传动电力机车[M].北京：中国铁道出版社，2015.

[2]秦鸣峰.蓄电池的使用与维护[M].北京：化学工业出版社，2010.