浅谈神华号交流电力机车冷却塔通风系统的优化

李玲

摘 要

结合神华号交流电力机车主冷却塔通风系统的功能及构成，从现场实际使用过程中对冷却塔的工作原理及现场使用中存在的问题进行分析，查找出问题所在原因，提出解决方案和措施，并对实施过程及应用效果进行了详细阐述。

关键词

交流电力机车;冷却塔;复合散热器;过滤装置

中图分类号： U264        文献标识码： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.19.036

0 引言

随着朔黄铁路运能高速攀升，于2009年开始规模化开行组合万吨重载列车。自2013年起朔黄公司开始采用国家能源集团公司与中国中车共同研制的国产化神华号大功率交流传动电力机车（以下简称：神华号交流机车）。神华号交流机车以动力单元为基础，模块化设计，单轴功率大、轴重大，牵引性能优越，自投入运营以来，运行情况良好，由于其牵引功率大、智能化程度高，较大的提升了运输能力，有效的缓解运能不足的压力，该车型现已成为国家能源集团公司铁路运输的主力车型。

神华号交流机车通风系统进行了一系列重大优化，由直流机车的车体通风方式改为独立通风系统。由于受外界自然环境的影响，机车投入使用后在经过第3个春夏季时发生多起主变压器油温和主变流器水温过高等保护事件，造成机车功率限制甚至导致列车停在途中的问题。经过对其工作原理及结构组成分析，查找出问题的原因所在，并制定详细措施进行预防和处置。

1 神华号交流机车冷却塔通风系统

1.1 机车通风系统概况

机车分成两节车厢，每节车厢内均有一套相同且独立的通风系统。其主要作用是对机车上需要进行散热的电气设备（或其热交换器）进行强迫通风冷却，使其工作温度在许可范围内，从而保证机车的可靠工作。共有4个部件的通风支路：牵引电机通风支路、冷却塔通风支路、辅助变压器柜通风支路、压缩机通风支路。

1.2 冷却塔通风支路

（1）组成：复合散热器、副油箱、主冷风机、除湿器、水膨胀箱、冷却水泵、布赫继电器、金属软管等。

（2）工作原理：冷却系统采用双循环系统形式结构，即由变压器冷却循环系统和主变流器冷却循环系统组成。两个环路的冷却介质流经彼此隔离的散热器通道，采用一个风机、共用一个进风通道、机架及底座，对流经散热器的介质进行强制冷却。

（3）复合散热器：在冷卻塔中热交换的核心部件为复合散热器。复合散热器分上下两层，即上层主变流器冷却循环系统和下层变压器冷却循环系统。两个环路的冷却介质流经彼此隔离的散热器通道，但是空气通道是上下贯通的。

1.3 存在的问题

神华号交流机车全车功率达到9600kW，整流逆变系统中的电源侧采用四象限斩波整流器，电机侧采用电压型逆变器，在使用中会产生较大的热量，同时主变压器和逆变系统对其工作温度要求又比较高。当机车冷却系统出现通风不畅就会造成设备温度过高，启动保护机制致使机车功率的发挥受限或者封锁功率输出，最终造成列车不能正常运行。交流机车在投入使用后经过第3个春夏季来临时部分机车开始发生主变压器油温或者变流器水温报警，并且故障发展趋势过快，严重影响铁路运输秩序，并且造成重大的经济损失。故障发生趋势、故障延时、发生时间等具体情况如表1。

2 原因分析

机车入库后，首先对机车故障数据进行分析，发现故障机车的油温和水温较其他新购机车工作温度整体偏高10-15℃，随后对故障机车冷却塔下方的出风口风速进行检测，发现故障机车的出风口风速较新购机车的风速下降达到60%以上，分析为冷却塔风速不够造成的温度过高保护。针对风速不达标的问题，通过对故障机车的冷却塔拆解检查发现复合散热器上方覆盖满满一层絮状物质和炭粉。

通过对絮状物质的成分分析主要为柳絮和杨絮，原因为朔黄沿线自然环境中种植着大量的柳树和杨树，在春季这两种树都会生长出大量的树絮，由于车顶进风口防护网孔较大不具备拦截树絮功能，当树絮被吸入冷却塔后由于散热器通风孔比较细密造成树絮被散热器翅片拦住，结合发生故障的季节和月份特点分析朔黄线自东向西存在一定的季节差，在4-6月全线先是有柳絮再到杨絮持续3个月的不断飘浮，加上北方春季雨水较少不能通过自然条件对散热器进行及时和经常性的冲洗，造成长期积累导致风路堵塞。

3 方案设计

3.1 功能分析

机车在设计之初未能全面考虑到机车运行环境的复杂性，没有考虑细小物质堵塞散热器的问题。因此，需要实现机车散热器翅片不被堵塞，可以通过对冷却塔进风口及散热器表面进行防护，减少细小絮状物质进入散热器，防止散热器堵塞。

3.2 系统方案

（1）针对既有机车冷却塔进风口防护网网孔较大问题，需要在保证冷却塔通风量不被衰弱的条件下在车顶既有滤网上加装相应的过滤装置，进行一次过滤从而减少细小物质被吸入。

（2）针对散热器翅片不便于经常清洗且检修周期较长的问题，采取的方案为在保证通风量的条件下在散热器上方也增加一组过滤装置，进行车顶过滤后的二次过滤，从而解决散热器堵塞故障。

3.3 实施方案

（1）冷却塔车顶过滤装置

由2片1291mm*521mm*30mm的过滤网分别扣在冷却塔进风口侧面，两边用固定螺丝进行紧固。结构图及安装图（如图1所示）。

技术参数：尺寸：1291mm*521mm*30mm;目数：18;材质：304不锈钢。

（2）散热器上方过滤装置

散热器进风口空气过滤网，由2片680*610mm的过滤网和2片610*310mm的过滤网和中间连接支架组成，直接放置在散热器上部。结构图及安装图（如图2所示）

技术参数：尺寸680mm*610mm，610mm*310mm;目数：18;材质：304不锈钢

（3）完善冷却塔系统日常维护管理制度，主要是机车技术管理部门制定相关技术管理规范及相关技术作业要求，即每年4月1日至7月31日每五天清洁一次，其他时间每月清洁一次。

4 优化效果

4.1 冷却塔通风系统参数的监测

针对上述方案在冷却塔车顶及散热器上方均安装了过滤装置，对冷却塔下出风口进行风速测试，测得风速比参数最低值为92.04%，符合散热器风速比不低于10%的要求，对比数据如表2所示。

4.2 机车故障件数

从2016年下半年开始逐步推进机车改造，机车故障途停件数明显减少，并有效得到控制最终实现零故障，具体数据如图3所示。

4.3 过滤装置过滤絮状物质效果

1）冷却塔车顶过滤效果

经过3年春季机车运行的冷却塔车顶过滤装置及散热器上方过滤装置的现场跟踪写实，发现过滤装置起到明显过滤作用，如2019年5月13日，神华号8003机车运行1600公里后入库车顶滤网外侧拦截絮状物质，如图4所示。

2）散热器过滤效果

在对机车冷却塔过滤效果跟踪写实的同时对散热器状态也进行写实，在修程中发现散热器翅片中间杜绝堵塞问题，具体效果如图5所示。

5 结束语

通过上述的优化，神华号交流机车冷却塔系统因各种物质导致散热器堵塞造成冷却系统通风量不足致使机车过热保护的问题有效得到了治理，经过3年的使用情况对比，目前基本杜绝了因为季节原因导致的机车散热器堵塞问题，为朔黄线重载运输提供了优质机车，有效保证了运输畅通，为国家经济快速发展提供充足的能源。

参考文献

[1] 温中建，颜罡.和谐HXD1型大功率交流电力机车网络和控制系统[J].电力机车与城轨车辆，2007（1）.

[2]荣林.神华号八轴交流电力机车[M].北京：中国铁道出版社，2014.12.

[3]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，2015.12.