神華號HXD1型交流機車虧電問題的原因分析和解決措施

喬小平

摘 要：機車蓄電池虧電嚴重時會導致受電弓不能升起，從而造成機破事故。神華號HXD1型交流機車在神朔線運行以來一直存在慣性蓄電池虧電問題，嚴重影響著機車運行安全。本文對神華號HXD1型機車虧電問題的原因進行了系統(tǒng)分析，并提出解決措施以及實施方法，解決了普遍存在的交流機車蓄電池虧電的難題，確保了神華號HXD1型交流機車的行車安全。

關鍵詞：神華號HXD1型機車；蓄電池虧電；原因分析；解決措施

中圖分類號：U269 文獻標識碼：A

1 引言

自2013年1月份起神華號HXD1交流機車陸續(xù)到神朔鐵路投入運營，截止目前配屬神朔鐵路機務段的神華號機車共有76臺。神華號HXD1交流機車上線后，機車蓄電池虧電問題一直較為突出。據(jù)統(tǒng)計，機車上線至2015年1月底因蓄電池虧電造成機車區(qū)間停車5件、臨修10件、碎修上百件，嚴重干擾著神朔線的正常運輸生產(chǎn)。

2 原因分析

2.1 神華號HXD1型機車蓄電池參數(shù)及充電機充電特性介紹

2.1.1 蓄電池參數(shù)

單體額定電壓：2V

10小時率容量（終止電壓1.8V/單體）：170Ah

5小時率容量（終止電壓1.75V/單體）：140Ah

1小時率容量（終止電壓1.7V/單體）：102Ah

荷電保持能力：按TB/T3061-2002試驗時，完全充電的蓄電池放置28天后，其容量損失率不大于4%

浮充電壓：2.25V/單體（溫度以25℃為基準，上升及下降時，浮充電壓相應下調(diào)及上調(diào)0.003V/℃）

均充電壓：2.35～2.4V/單體（溫度以25℃為基準，上升及下降時，均充電壓相應下調(diào)及上調(diào)0.003V/℃）

最佳充電電流：23.8A≤充電電流≤25.5A

最大放電電流：510A

電磁敏感性：無影響

電磁干涉：無

安全距離：0.3m

防護等級：IP00

火災保護：電池殼體的上蓋采用了阻燃塑料蓋

溫度：可在-40℃～+70℃的環(huán)境溫度下使用

振動和沖擊：蓄電池滿足TB/T3061-2002標準規(guī)定的振動和沖擊要求

空氣濕度：≤95%

空氣壓力：允許在海拔高度5000m以內(nèi)使用

風力：風力不對蓄電池本身的使用造成影響

化學和生物影響：強酸強堿環(huán)境下使用將對電池壽命造成較大影響，生物的侵襲將增加事故發(fā)生概率

灰塵：允許在有灰塵的環(huán)境下使用，但要注意及時清掃積塵

2.1.2 充電機充電特性

（1）充電機技術參數(shù)

額定輸入電壓：3AC440V（60Hz）允差%

額定輸出電壓：

快速充電電壓：DC112.8V±1%

浮充電壓：DC110V±1%

直流24V：DC24V±2%

最大持續(xù)輸出電流：

DC110V：150A

DC24V：42A

蓄電池最大充電電流：DC34A

防護等級：IP20

（2）充電機充電模式

當蓄電池電壓（帶機車負載）≥96V且上次充電狀態(tài)不為快充模式時，進入浮充模式，電源柜以恒壓110V（2.29V/單節(jié)），限流0.15C進行充電，以環(huán)境溫度25℃為標準，并按每單節(jié)-3mV/℃進行溫度補償；當蓄電池電壓（帶機車負載）小于96V或上次充電狀態(tài)為快充狀態(tài)，進入快速充電模式，電源柜以恒流值0.2C進行充電，以環(huán)境溫度25℃為標準，并按每單節(jié)-4mV/℃進行溫度補償，充電電壓上升到112.8V時，以112.8V進行恒壓充電，當電流值≤0.15C時結束快速充電，轉(zhuǎn)入浮充模式；機車運用3個月進行一次均衡充電，電源柜以電壓112.8V（2.35V/單節(jié)），限流0.1C進行24小時的充電。（蓄電池組共48節(jié)，容量是 170A/h）

充電模式進入條件說明：

當監(jiān)控模塊第一次啟動時（即監(jiān)控模塊斷電后啟動的第一次），判斷蓄電池電壓大于96V則進入110V充電（浮充），否則進入112.8V充電（均充）。

電源柜啟動后以110V充電時（浮充），在限流充電的工作狀態(tài)下蓄電池以最大電流為25.5A充電，若出現(xiàn)蓄電池電壓小于96V連續(xù)2s時，進入112.8V（均充）充電。

電源柜啟動后以112.8V充電時（均充），在限流充電的工作狀態(tài)下蓄電池以最大電流為34A充電，當蓄電池充電電流小于25.5A時，轉(zhuǎn)到以110V充電（浮充），進行浮充充電狀態(tài)時，若蓄電池電壓小于96V連續(xù)2s時，重新進入112.8V（均充）充電。

2.2 神華號HXD1型機車蓄電池負載電流大

在斷主斷路器、降弓狀態(tài)下，SS4B、SS4G機車蓄電池放電電流為5A～6A；HXD2型機車蓄電池放電電流為9A～11A；神華號HXD1型機車蓄電池放電電流為12A～14A。HXD1型機車蓄電池的放電電流確實比SS4B、SS4G型機車和HXD2型機車大。經(jīng)過實測神華號HXD1機車蓄電池充滿情況下連續(xù)放電6～7個小時蓄電池電壓即到88V以下，再繼續(xù)放電不到1小時即到77V以下，此時已不能控制升起受電弓。

2.3 蓄電池本身性能會有差異

機車電池組中的單節(jié)電池性能會有差異，單節(jié)電池性能差會導致蓄電池整體性能下降，但是神華號HXD1型機車的虧電慣性問題不可能全部是蓄電池性能差導致。同樣的蓄電池在SS4B、SS4G機車和HXD2型機車就不存在虧電慣性問題，再則SS4B、SS4G機車使用近20年了，單節(jié)性能差的電池會更多，但是也沒有出現(xiàn)虧電慣性問題。

經(jīng)過試驗發(fā)現(xiàn)神華號HXD1型機車已經(jīng)虧了電的電池，經(jīng)過地面三充兩放維護后裝車使用后并不容易出現(xiàn)虧電慣性問題。對HXD1型機車隨便抽取一臺車在庫內(nèi)升弓進行充放電試驗，蓄電池可以充滿，放電時間也正常。充分證明慣性蓄電池虧電是神華號HXD1型機車沒有將蓄電池充好，而不是蓄電池本身原因造成虧電。

2.4 蓄電池使用環(huán)境及使用方法的影響

神朔線上行牽引重車線路有多處長大上坡道（最大坡度12‰）牽引區(qū)段，經(jīng)測算3臺神華號HXD1型機車的牽引力才能滿足牽引需求，目前神朔線采用神華號HXD1型機車“2+1”牽引萬噸列車方式運行。下行時一臺神華號HXD1型機車牽引力即可滿足牽引需求，下行多采用3+0牽引列車的方式運行，為保證運行安全，乘務員有時會選擇讓下行二位、三位機車保持降弓運行，此運行方式勢必造成機車蓄電池長期處于未充滿電運行狀態(tài)或虧電狀態(tài)。

2.5 蓄電池硫化

2.5.1 硫化的生成

蓄電池放電以后，極板上的一部分或大部分二氧化鉛和鉛變成了硫酸鉛。這種硫酸鉛是一種比較細小的顆粒狀結晶，如果及時進行補充充電，則應很容易變成二氧化鉛和鉛。如果充電不及時，由于硫酸鉛是一種非常容易結晶的物質(zhì)，當蓄電池電解液中的硫酸鉛濃度過高，或靜態(tài)閑置時間過長時，就會結成小晶體。這些小晶體再吸引周圍的硫酸鉛，就會像滾雪球一樣形成大的惰性結晶。結晶后的硫酸鉛在充電時不但不能再還原成氧化鉛，還會沉淀附著在電極板上，造成電極板工作面積減小，這一現(xiàn)象叫硫酸鹽化（簡稱硫化），也就是常說的老化。

2.5.2 硫化的表象

硫化后，電池內(nèi)阻增大，充電較未硫化前電壓提前到達充電終止電壓，電流越大越明顯。酸液密度低于正常值。放電容量下降，放電電流越大容量下降越明顯。充電時有產(chǎn)生氣泡，充電溫升增快，嚴重時可導致充不進電。

2.5.3 硫化的預防

每次放電后及時補充電且要充足電，尤其是大電流放電后一定要及時補充電。在小電流放電時盡量控制放電深度，小電流深放電產(chǎn)生的硫酸鉛過于致密，放電后充電采取小電流長時間。對于低溫大電流放電后，要采取多充電量30%來恢復容量。長期擱置的電池，要先充足電后再擱置，在擱置每兩個月適當補充電一次。

3 解決措施

因神華號HXD1型機車蓄電池負載電流大造成天窗點機車蓄電池易虧電的故障，經(jīng)過試驗神華號HXD1型機車不升弓狀態(tài)下耗電量最大的負載是機車微機控制系統(tǒng)，微機系統(tǒng)耗電電流占機車總耗電電流的80%以上，特規(guī)定在天窗點乘務員必須斷開神華號HXD1型機車蓄電池微機電源開關，此方案既不影響機車電臺及監(jiān)控的使用又保證蓄電池不發(fā)生虧電。

因神華號HXD1型機車蓄電池個體差異造成放電時間短的問題，特規(guī)定將蓄電池劃分為3類，蓄電池下車進行三充二放時，在第二次放電3小時后測量蓄電池單體電壓，電壓≥1.95V的標記為A類蓄電池，≥1.9V<1.95V的標記為B類蓄電池，≥1.8V<1.9V的標記為C類電池，C類電池不能在神華號HXD1型機車上使用。

神華號HXD1型機車蓄電池使用環(huán)境及使用方法造成蓄電池易虧電的故障，特規(guī)定神華號HXD1型機車運用中可升弓時乘務員需盡量升弓充電，蓄電池電壓低于93V時乘務員必須升弓充電。

因神華號HXD1型機車蓄電池硫化造成蓄電池虧電的故障，特規(guī)定神華號HXD1型機車回段整備轉(zhuǎn)臨修、預備或其他原因不使用機車時，斷蓄電池電源前必須先將蓄電池充滿電，充電電流由大到小降至4A后判定為充滿電，長期不運用機車定期打溫時需將蓄電池補充滿電。

另外為解決因蓄電池維護不當造成易虧電的問題，特規(guī)定運用機車發(fā)生虧電需要更換蓄電池時必須整節(jié)車更換，更換下的電池及修程機車互換電池車下充電必須嚴格執(zhí)行三充二放充電工藝。

4 解決措施實施效果

以上解決措施我段自2015年1月下發(fā)開始實施，經(jīng)過十個多月的使用，神朔線再未發(fā)生因蓄電池虧電造成機車區(qū)停，發(fā)生蓄電池虧電造成臨修2件，虧電原因均為個別蓄電池完全失效，電壓為0伏，屬蓄電池本身質(zhì)量問題造成。

結語

通過分析神華號HXD1型機車虧電問題的原因，提出了相應的解決措施，取得了較好的效果，解決了神華號HXD1型機車蓄電池虧電慣性問題。從實際運用情況來看，采取的措施有力地保障了神朔線鐵路運輸正常秩序。

參考文獻

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[2]神華十二軸大功率交流傳動電力機車檢修手冊.南車株洲電力機車有限公司[Z].