电力机车用蓄电池组故障原因分析

摘要：随着我国交通事业的发展，电力机车的安全运行和电力系统管理已经形成了较为完善的体系，但是就当前的电力机车蓄电池运行状态来看，依旧会存在部分问题。因此，本文便以探究电力机车蓄电池故障原因为目的展开分析，首先阐述了电力机车用蓄电池故障的影响。其次，分析了当前电力机车用蓄电池出现的故障类型及其成因。再次分析了如何利用技术手段进行优化，意在通过本文论述能够进一步提升电力机车用蓄电池的系统质量从而确保电力机车的安全稳定运行。

关键词：电力机车;蓄电池组;故障原因;优化措施

0  引言

电力机车的蓄电池组主要为机车的运行提供后备电源服务，能够作为控制电路进行使用[1]。因此一旦蓄电池组发生故障，如果机车正在正常运行，那么便会对机车的制动以及正常操作产生极为严重的影响。因此全面分析电力机车蓄电池组故障以及产生的原因，并且利用技术手段进行优化升级，不仅是本文论述的重点内容，也是铁路运行安全保障工作落实过程中需要注重的首要任务。

1  电力机车蓄电池组故障的影响

当前我国最常见的电力机车蓄电池组主要为GN型的镉镍碱性蓄电池[2]，该种类型的蓄电池每节标准的电压为1.25V，蓄电池组总共由74个单节蓄电池组成，标准电压为92.5V。也有部分蓄电池为DM型的铅酸蓄电池，该种类型的蓄电池单节的标准电压为2V，整体的蓄电池组由48个单体的蓄电池组成，标准电压控制在96V。在电力级车运行的过程中，蓄电池组会与机车上原本的电力系统进行并联，机车内部电力系统中的直流电源会直接向蓄电池组进行供电，在这个过程中蓄电池组起到了电容的作用，能够稳定直流电源的电压和稳定性。一旦蓄电池组的性能下降或停止运行，若及时的经过检查并进行维修，故障的影响力会大大下降，但是若蓄电池组发生故障，恰巧是在电力机车运行的过程中，便有可能出现接地电路受损、过热损伤等情况，严重则将会出现机破故障。

另外如果在电力机车运行速度较高的时候，已经通过了惯性越过了八跨，这时候想要维持正常的运行就要由相关的工作人员进入到高压室内进行人为合闸和人为升弓，这些操作具备极强的复杂性，无法单独由机车司机完成，因此当电力机车蓄电池组发生故障的时候，便会影响司机的工作状态，降低瞭望的有效性和安全性，也威胁了电力机车的运行安全。

另外，由于当前大部分的电力机车均会使用真空断路器。该种断路器在失去控制电源之后，其控制线圈丧失电流便会出现自动分段的情况，这种情况无法利用人工手动合闸的方式进行恢复，因此在真空断路器失去工作性能的过程中，便会导致机破现象的发生。

因此我们可以发现蓄电池组针对电力机车来讲是极为重要的控制电源，一旦蓄电池组发生故障，便会直接影响到电力机车的运行状态和安全性能，因此分析蓄电池组发生的故障类型及原因是进行优化整改的重要依据。

2  电力机车蓄电池组故障及原因

在分析蓄电池组故障之前，我们首先来分析当前常见两种类型蓄电池组的内部结构。首先，GN型的镉镍碱性蓄电池，其负极的活性物质以镉为主，正极的活性物质以多孔性镍为主，电解液主要以KOH以及NAOH为主。Dm型的铅酸蓄电池，其负极的活性物质主要利用了低价绒状铅物质，正极的活性物质利用了多孔隙的氧化铅物质，正极与负极配组的数量为16：17，正极板的板栅较为粗大，排列较为密集，活性物质主要以棕色的pdo2为主，负极板的板栅较细，排列较为稀疏，主要以深灰色的pd为主。当蓄电池组发生故障时，经常表现为电池组性能失效、电容量大幅度降低以及电压过低等情况，常见的故障类型如以下几个方面所示。

首先，当铅酸型的蓄电池产生性能失效以及电压过低等故障时，最主要的产生原因通常与极板上的活性物质有关。例如活性物质脱落，反应物质的数量减少，这会导致极板之间的充放电功能受到阻碍。同时电解液的失水比例较大，液体内部的硫酸浓度提升，这将导致正极板以及负极板之间的吸附能力减小。另外当蓄电池组的充电不足时，也会导致电极板的硫酸化，当充电时流过大或者电压冲击力过强会导致电池组的壳体受热产生鼓包变形现象。同时正极性的相关物质失效过早也会导致电池组无法正常运行。

其次，当镉镍碱性的蓄电池出现性能失效以及电压过低等故障时，主要是由电解液的比重不符合标准导致的。同时也与电解液的浓度、成分调整有关，再者，当电池组内的气塞堵塞时，也会出现运行性能失效等情况。

再次，当蓄电池组在运行过程中出现了接地故障以及过热烧损等情况时，主要与以下几个方面有关：蓄电池组内部的连接导线在不良的运行环境中受到了酸碱物质的腐蚀，出现大量的铜锈情况，从而导致导线的性能下降，在长时间的运行中受到外界振动的影响，出现了导线断股甚至断裂;另外当蓄电池内部的极柱出现了断裂或者是松动时，也会出现内部开路情况;同时蓄电池组内部的单节电池质量有缺陷、壳体破裂或者内阻过大时，也会出现由单体质量过差导致的整体蓄电池组故障。

3  电力机车蓄电池组故障优化办法

在制定电力机车蓄电池组故障优化办法的前期，首先要培养电力机车司机正确判断故障的方式，如果在机车正常运行的过程中，出现了全车控制电源失效，列车管以及制动管的压力出现了反比上升的情况，便可以初步断定是电力机车的蓄电池组出线了开路故障，因此针对该种情况，机车司机可以采取以下相关措施。

3.1 基础处理方式

首先，要缓解机车的制动缸压力，即将空气制動阀的把手转换至缓解位，压下手柄，其次将调压阀调整至53左右，将列车管的定压调整为500-600kpa，且需要在整体的故障期间都要将制动机定位在空气位。

其次，当机车处于接触网范围时，要检查蓄电池的闭合开关是否处于跳开状态，若跳开则人为进行恢复。并且检查主断路器的状态，若处于断开状态时，则需要进行人为合闸。将门联锁保护阀进行人为关闭，并且针对电子预备柜的运行状态进行检测，可以根据显示屏的显示信息进行操作。

如果机车已经在站内的侧线停车后，需要根据相关操作规定进行机车防护，首先要及时的断开蓄电池的保险装置，在下车前要关好总风缸阀门。利用试灯检测机车的蓄电池箱是否存在开路故障，主要方式为：将试灯与蓄电池两侧的引线进行对接，若灯亮则表示内部的运行状态正常，若灯不亮，则检查接触状况，若接触状况和接触手法完好，则表示蓄电池箱内部存在开路情况。

详细的处理措施如下，利用规定的工具将进行开箱，首先要检查蓄电池组的导线是否完好，发现导线断开后要及时的利用专业手法进行链接，链接之后继续利用程序规定进行检测，若依旧存在故障，则需要针对性的检测单体蓄电池以及内部系统是否存在故障。

3.2 智能化系统开发

电力机车的蓄电池组运行状况与交通的安全管制有着极强的联系，因此结合当前的现代化技术，积极的制定智能化系统开发方案，对于优化蓄电池故障处理体系有着极强的促进作用。

当前我国已经形成了在线监测系统，主要在线监测蓄电池组的电压、运行温度、主处理器运行状态、内阻值等，由蓄电池监护系统、传感器、控制模块以及隔离电路等结构组成[3]。

在选择在线监控系统的相关构件时，主要的主机处理器利用了ARM-coreX3，不仅能够保存相关的运行数据，也有极为丰富的储存容量，能够实时准确的接收监护模块所监测的电池温度、运行状态以及电压等数据，并且结合相关的数据来判断电池组的基本状态信息。另外具备实时监测系统的处理器也能够进行自检，进一步保障系统本身的质量，才能够提供蓄电池组的实时监控。

另外维持智能化监测系统运行的主要以控制模块为主。控制模块的主要运行原理为IGBT通断技术，该技术能够实时监测蓄电池组的电量，并且当电量达到了一定限值时，控制模块便会启动驱动系统，断开供电回路，从而进一步降低蓄电池组亏电现象的发生。

另外为了进一步提升系统监测运行的稳定性，还需要不断利用预防的手段来调整电压度芯片产生的冲击力，通常在信号输入端并联5V的稳压管，不仅能够进一步提升信号的精度和强度，也能够有效减轻外部滤波器对信号传输的影响，不仅能够降低信号传输的噪声，也能够进一步起到抗干扰的作用。

在该系统软件实际设计的过程中，通常利用处理器将相关命令代码进行输送，首先要解读电池组的电压，温度，电流等数据，启动自动监测系统。其次，根据系统最开始设定的相关数据限值，对蓄电池的温度、内阻、电压等数据进行自主的分析和判斷。再次将所采集到的相关数据进行储存，并且将其与报警的限值数据进行对比分析。同时进行自检和数据的校验，主要利用系统自检通讯信息自检以及测量自检的方式来执行质量检测，保证系统具备自我状态评估。

在实现了系统的上述功能后，整体的监测系统便可以有效对电力机车蓄电池的内部电流、运行电压、运行温度以及内阻值等相关参数进行全面的实时在线监测和统计。并且利用评估模块来实现蓄电池运行状态的分析。另外也可以针对外界环境的相关温度进行检测，来确定蓄电池在该环境下应该进行怎样的运行方案调整。同时，也能够有效保存蓄电池组运行中的相关动态数据，为优化故障信息提供相关的依据。由此实现了智能化的电力机车蓄电池组质量监测的目的。

4  结束语

综上所述，蓄电池组对于电力机车来讲是极为重要的，控制电源也是影响电力机车安全运行的关键部分。因此本文着重从技术手段论述了蓄电池组容易发生的开路问题、过热烧损、接地故障、电压过低以及容量下降等问题，并分析了其成因，同时也针对蓄电池组的运行需求提出了优化措施，综合管理手段以及智能化的监控体系进行优化升级，也希望在未来的电力机车蓄电池组维修工作中，能够加强养护，制定新型的技术和措施，不断降低故障发生的几率，从而进一步丰富电力机车是电池组的维护运营体系。

参考文献：

[1]吴晓燕.电力机车用蓄电池充电机充电特性与故障分析[J].技术与市场，2017，24（09）：5-9.

[2]程建.蓄电池电力工程车牵引蓄电池故障分析[J].电力机车与城轨车辆，2017，40（01）：76-78.

[3]卢振方.HX_D3型机车常见故障分析及对策[J].电力机车与城轨车辆，2011，34（05）：79-81.

作者简介：陈全红（1968-），男，内蒙古丰镇人，工程师，本科，主要研究方向为电力机车电机电器。