電傳動機車電器故障分析及維護

鄧 肯

摘要：交直內(nèi)燃機車的電傳動系統(tǒng)隨機車一起歷經(jīng)了30年的發(fā)展，有了長足的進步，主要表現(xiàn)在設(shè)計思想系統(tǒng)化、設(shè)計手段現(xiàn)代化、材料水平提高、制造手段豐富、試驗?zāi)芰υ鰪?。但目前的機車自動檢測、故障診斷技術(shù)還沒有形成完善體系，本文結(jié)合實際情況的故障檢測系統(tǒng)，具體給出了系統(tǒng)的理論根據(jù)及設(shè)計方法，提出了診斷推理及知識獲取機制的診斷方法，能較好完成鐵路機車的檢測與診斷的要求。

關(guān)鍵詞：電傳動機車故障分析

1基本概念

1.1電傳動直流電傳動、交直流電傳動和交直交(簡稱交流)電傳動。東風(fēng)、東風(fēng)2和東風(fēng)3型機車，為直流電傳動機車；東風(fēng)4型以后研制的電傳動內(nèi)燃機車，均為交直流電傳動機車，1999年以后陸續(xù)出現(xiàn)了一些交流傳動機車。

1.2液力傳動液力傳動裝置主要由液力傳動箱、車軸齒輪箱、萬向軸等組成。液力變扭器(又稱變矩器)是液力傳動機車最重要的傳動元件，由泵輪、渦輪、導(dǎo)向輪組成。

1.3機械傳動機械傳動裝置是由離合器、齒輪變速箱、軸減速箱等組成的。因其功率受到限制，在鐵路內(nèi)燃機車中不再采用。這個國內(nèi)應(yīng)該很少見只在小功率的地方鐵路和工礦機車上少有運用。

2機車故障分析

2.1機車故障的基本特點機車工作過程是一個復(fù)雜的動態(tài)過程、隨機過程，在不同時刻的任何觀測數(shù)據(jù)是不可重復(fù)的，從系統(tǒng)理論特性看，機車故障具有以下一些特點。①層次性：機車數(shù)萬個零件共同工作。元件之間相互耦合，決定著機車故障的層次性，一種故障由多層次原因構(gòu)成。②突發(fā)性及緩變性：突發(fā)性故障發(fā)生在瞬間，無明顯癥狀，難以預(yù)測，而緩變性故障具有漸進性和局部功能失效的特點，可以預(yù)測。③模糊性：機車故障和征兆信息并不是一一對應(yīng)的，具有隨機性，征兆之間界限是模糊的，并且某些信息具有不確知性。④趨勢性：機車大部分故障有隨時間變化的一種趨勢，即從微小征兆向顯著征兆發(fā)展的趨勢。以上各點只是從某一側(cè)面去分析而作出判斷，實際應(yīng)用應(yīng)該以隨機過程為出發(fā)點，運用各種現(xiàn)代的科學(xué)分析工具，綜合判斷機車故障現(xiàn)象的屬性、構(gòu)成與發(fā)展。

2.2 鐵路機車故障診斷系統(tǒng)專家系統(tǒng)的組成鐵路機車設(shè)備的故障直接關(guān)系到機車乃至鐵路系統(tǒng)的安全經(jīng)濟運行。故障診斷是一項復(fù)雜的、經(jīng)驗性很強的技術(shù)工作，機車設(shè)備故障的原因很多，要求快速、有效、準(zhǔn)確地識別故障并采取有效措施及時排除故障。利用專家系統(tǒng)進行故障診斷并給出處理措施，輔助維修人員進行事故處理，提高機車的安全經(jīng)濟運行水平，是專家系統(tǒng)在鐵路機車故障診斷系統(tǒng)中的一個具體應(yīng)用。

3電傳動裝置的維護和改進

3.1四象限變流電路四象限變流器在牽引工況下進行交一直變換。為中間直流電路提供電能；在再生制動工況時，通過中間直流電路進行直一交變換，將電能回饋給電網(wǎng)。①四象限變流電路構(gòu)成四象限變流器通過主變壓器的牽引繞組得電。每組四象限變流電路由1個充電電阻、3個交流接觸器及2個四象限變流器構(gòu)成，兩個變流器將交流電變換成直流電，并聯(lián)向中間回路供電。四象限脈沖整流器每一臂由兩個IGBT模塊并聯(lián)組成。②工作原理：充電過程當(dāng)中間電壓為零，充電時，牽引繞組通過充電電阻向四象限變流器供電，給并聯(lián)的中間直流回路支撐電容充電。充電完成后，充電接觸器切除充電電阻，兩個牽引繞組通過線路接觸器同時向兩臺相應(yīng)四象限變流器供電。充電電阻起限制充電電流的作用。

3.2中間直流電路①中間直流回路構(gòu)成：中間直流電路由中間電壓支撐電容、二次濾波LC諧振電路、硬短路保護電路和接地保護電路組成。②二次濾波電路：二次濾波電路由二次濾波電抗器L和二次濾波電容器C組成諧振電路，諧振頻率為lOOHz。諧振電抗器置于主變壓器中，諧振電容器置于主變流器柜中。③短路保護電路中間直流電路中裝有短路保護裝置。在出現(xiàn)貫穿短路時，主斷路器將分斷網(wǎng)側(cè)電流：TCU將封鎖四象限和PWM逆變器的觸發(fā)脈沖，并觸發(fā)短路保護裝置，用來吸收短路回路釋放的能量。

3.3輔助電路和庫用動車電路①輔助電路：在牽引變流器中系統(tǒng)集成了兩個輔助逆變器，分別由一路中間直流回路供電，在正常狀況下，這兩個輔助逆變器一個工作在變頻變壓模式，一個工作在恒頻恒壓模式。為各自所帶負載供電。這樣，簡化了電路結(jié)構(gòu)，減少了部件數(shù)量，從而有效降低系統(tǒng)故障概率，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。輔助供電采用冗余設(shè)計，當(dāng)一個輔助逆變器模塊出現(xiàn)故障，另一個將承擔(dān)所有負載。此時所有輔助設(shè)備都以恒頻恒壓方式工作。②輔助系統(tǒng)控制：由兩組輔助變流器給機車輔機供電，其中牽引風(fēng)機和冷卻塔風(fēng)機采用變頻變壓供電，其它輔機采用恒頻恒壓供電。機車具有輔助電路自檢功能。

4電傳動機車逆電運行防止措施

4.1產(chǎn)生的原因機車在運行中，如果機車乘務(wù)員錯誤地將司機控制器的換向手柄置于機車運行的反方向位，然后提起主手柄給牽引電機加電，這種狀況稱為逆電操縱。對牽引電動機而言，也叫逆電運行。逆電運行，對牽引電機會造成極大的損害。

4.2電機逆電運行時產(chǎn)生危害的原因機車在正常運行時，采用交直流傳動的機車是由電源經(jīng)整流器向牽引電機提供直流電的。采用直直流傳動的機車則由直流發(fā)電機向牽引電機供電。牽引電機正常得電運行時，電機內(nèi)既滿足了電動機工作的條件，同時又滿足了發(fā)電機的基本條件。即，電機內(nèi)形成了電機磁路，電樞繞組在承受外加電壓的同時，又在切割磁力線。根據(jù)電磁感應(yīng)原理可知，牽引電機在作為電動機運行時，電機的電樞繞組上，同時在產(chǎn)生了感應(yīng)電勢。經(jīng)用右手法則判定可知，電樞繞組所產(chǎn)生電勢的方向，與電源電壓的方向相反，故稱為反電勢。在電機內(nèi)阻及電源內(nèi)阻都很小時，反電勢與電源電壓的數(shù)據(jù)比較接近，但又小于電源電壓。反電勢對電機的工作電流起著至關(guān)重要的抑制作用。機車逆電操縱時，電機的電樞在反力矩的作用下，較正常運行時，反向切割磁力線，使電樞本應(yīng)產(chǎn)生的“反電勢”，成為了“正電勢”。電源電壓與電動機電勢相加，加在電動機內(nèi)阻上，由于電動機內(nèi)阻值很小，因而造成很大的電樞電流，此電流足以使電機發(fā)生環(huán)火。如果逆電運行的時間稍長，會使電機造成嚴重的損壞。此種沖擊性的電流不僅損壞牽引電機，而且主發(fā)電機或主變壓器以及主整流裝置會同時在大電流的沖擊下，造成損壞。逆電運行后的電機，換向器會因環(huán)火過熱，無緯帶燒損，嚴重時還會造成繞組過熱變形和機車起明火。逆電運行的主電路，會造成主整流元件燒損，嚴重時會造成大線端子燒損或電器柜起明火。

4.3逆電運行的防止為了避免發(fā)生逆電運行時對機車造成損害，首先應(yīng)該避免發(fā)生逆電操縱。但是，單純依靠規(guī)章制度和操縱者的主觀因素，是難以避免逆電操縱發(fā)生的。只有依靠先進的專用技術(shù)設(shè)施保證在發(fā)生逆電操縱時，電路中并不發(fā)生逆電運行，才能從根本上避免機車受到損害。

5總結(jié)

本文介紹了電傳機車主電路和輔助電路的結(jié)構(gòu)組成、工作原理、技術(shù)基礎(chǔ)、冗余設(shè)計理念以及故障保護機理與實施情況。對電傳機動車的工作原理以及日常維護和故障分析進行了簡要地分析，希望對以后的工作能起到拋磚引玉的作用。