HXD2型电力机车电机隔离故障技术分析与研究

李晛

摘 要：自从HXD2型電力机车在各个机务段实际工作运行以来，该型号机车的电机隔离故障事故时有发生。文章通过探究HXD2型电力机车的牵引电机控制回路工作原理，进而分析可能引起机车电机隔离故障的各类因素，并且对电机隔离故障出现时发生的具体问题进行分析，以及提出对应的处理方法。

关键词：HXD2型电力机车;电机隔离故障;牵引电机

中图分类号：U269.6 文献标识码：A

0 引言

近些年来，随着各个机务段的HXD2型电力机车的投入运行数量逐年增加，已经开始成为该地区的机务电气化区段配备主力机车。从开始投入使用至今，主要的工作任务是担任万吨列车的牵引。投入数量增多的同时，该型电力机车的故障率也明显增多。主要出现的安全问题有以下几种，一在长距离的下行坡道上，由于动力丧失造成的制动力下降，导致制动距离延长。二是机车的电机隔离问题，引发的主断合不上，使得无法正常行车。这一系列问题都迫在眉睫急需解决，因此我们需要研究导致电力机车出现电机隔离故障的原因并且能够制定相应的处理方法和预防手段。

1 牵引电机主控制回路原理研究

该型电力机车的整体牵引电路是由四组相同的牵引变流装置组成的，这些装置的内部原理相同，所以以一个为例具体分析。这四组装置被放置在两个柜体之中，这些装置各自包含一个四象限整流器、一个中间电路和一个三相PWM逆变器。整套系统的主变压器设置有四个相互独立的次边牵引绕组，这些牵引绕组可以保证实现向两台主变流器供电，通过四象限脉冲整流器实现交流到直流的电流变换。这些脉冲整流器又通过相互输出可以形成直流回路，在这个阶段可以实现二次波吸收和保护等。通过三相逆变器可以实现整个装置的VVVF变换，进而可以拖动异步牵引电机工作，实现机车牵引电机轴控方式。所以HXD2型电力机车的主电路通过交直交电传动方式，将能量通过牵引的方式传给电机，最后实现电能到机械能的能量转换。

2 牵引电机隔离故障原因分析

2.1 功率模块故障

三相逆变电路的作用是通过PWM脉宽调制控制使中间直流电路的DC1800V转变为三相交流电进行输出，为牵引电机提供电压和频率可控的三相交流电源，进而实现对三相异步牵引电机输出功率的控制。每个单元PWM逆变器都有相对应的牵引电机，是实现机车的轴控驱动的重要部分。一旦其工作过程发生功率模块故障，就会导致牵引电机主控制回路保护，造成电机隔离故障。功率模块出现问题的主要方面是质量问题，部分模块的质量不过关，在逆变过程中出现停机的情况;模块的热循环性能不足，会造成能量的大规模浪费;主变流器的通风装置存在问题，会造成温度过高时降温不及时影响模块性能，严重时甚至会烧毁模块。这些模块无论是整流器部分的，还是逆变器的部分的，造成电机隔离故障的原因大多类似，当变流器的一些功率模块工作时存在问题，牵引电机的回路保护就会打开，最终造成电机隔离的情况。

2.2 主接触器故障

主接触器存在的问题大多数表现为接触不良的现象，这个现象一般表现为工作时出现问题，等将电机送到检车点时又发现工作正常。当有这种情况发生时，主要考虑出现了接触不良的情况，之所以出现主接触器的接触不良一般是：一是本身的物理因素有异物或其他造成的;二是控制系统收到错误的信息导致主接触器的断开保护。

2.3 列车管压力传感器故障

该故障的主要问题是线性度不良，发生问题主要在列车管的减压阶段。当列车管四个轴的压力传感器在减压或者缓解阶段数值相互比较时，相差过大就会造成偏差超过阈值，造成电机隔离的问题发生。

2.4 牵引控制单元（TCU）故障

HXD2型电力机车每个主变流柜内都有两个牵引控制单元（TCU），机车控制系统通过FIP总线对TCU进行通信和控制。每组TCU通过控制相应的四象限整流器和逆变器，驱动一台三相异步牵引电动机，进而实现单轴控制。TCU是对牵引电机进行轴控的中枢，一旦TCU出现故障（通讯、电源、信号故障等），就无法与机车控制系统进行信息交换，进而造成牵引电机隔离。TCU故障主要是分为两个大方向，一类是电源板出现问题，另一类是接触不良。但还有一些小的问题，例如TCU的后端压力传感器脆弱，常常会因为风机的剧烈震动导致损坏等等，这些都会造成电机隔离的情况发生。

2.5 牵引电机风机故障

在该型电力机车运行以来，通风机因为电机烧坏、轴承固定、发生异响等情况更换次数过多，占据了更换设备部件的一半以上，造成风机故障的主要因素有以下几种：一风机的电动机两侧的轴承在设计时就是免维护的设计方案，但在实际工作阶段这远远不能满足实际需要，经常会造成轴承短油、干损等;二是风机的电机设计问题，在后端的垫圈弹力太低，会导致电机的异动。

2.6 牵引电机接线盒进水

多数HXD2型电力机车牵引电机的故障原因是由于电机接线盒进水或进油导致电机大线短路、接地而造成的。通过分析故障数据，显示的故障代码是DA_RETSOND： InverterIGBT（static），即逆变器IGBT故障（静态），表现为IGBT或二极管短路。经过维修发现，造成故障的原因是机车底部牵引电机接线盒出现了不同程度的进水或进油现象，造成接线盒短路进而引起了牵引电机隔离故障。进水的主要原因是机械漏雨并且杂物堵塞了排水孔，导致雨水顺电机大线流入接线盒而不能及时排出。进油的主要原因是压缩机发生漏油现象，泄漏的压缩机油通过地板流入接线盒。

3 牵引电机隔离故障应对措施

在应对方面，因为故障原因多样，要具体问题具体解决，对于以上几种情况，现有以下几类措施：

对于功率模块问题，首先是严格控制功率模块质量，在模块采购阶段进行抽样检查，一旦发现某一生产线的模块质量出现问题，及时更换采购方向。在功率模块的热循环异常和由于通风机的原因导致的功率模块温度过高，存在烧毁的现象，建议在对机车系统的温度控制部分进行优化处理和对通风机的通风系统重新设计。除此以外，当外界灰尘过多时，也会造成温度的过高，要做到日常清理各个部件，减少一般环境原因造成的不必要损失。

对于接触器故障问题，主要还是在日常检修阶段，认真检查和保养设备，保证正常的工作状态。另外可以优化主接触器的传感器相关的工作系统，设置合适的阈值参数等。

在TCU方面，一是加强TCU本身的质量，二是多利用测试设备对TCU测试，发现异常时联系相关生产公司进行维修。

最后在牵引电机风机问题方面，可以采取的手段有：一是设计合理的波纹垫圈弹性强度、更换质量更为优良的轴承。二是在日常的保养检查阶段增强防范意识，有风机异响时及时更换问题设备。

4 结束语

HXD2型电力机车自从投入使用以来就产生了很多的故障，且故障原因多而复杂。除了上面说的牵引电机隔离故障之外还有一些其他的故障，很多故障都可能是由于其中电器的质量所产生的。因此综上看来，对于机车常见的一些故障要多进行总结研究，这样在以后的故障中要是遇到相同的问题，就可以极大的缩短时间进行故障调试，保障机车的修理时间减少。除此之外，还要多积极的探索主回路各部件有效的改进措施和维护方式。这样才能最大限度的减少由于牵引电机隔离故障所发生的机率。

参考文献：

[1]张利民.面向HXD2B型机车数据管理及故障诊断系统的设计与实现[D].安徽大学，2019.

[2]龙光海，龚事引.HXD1型电力机车牵引控制电源板启动时序优化[J].科技创新与应用，2019，9（13）：142-143.