分析HXD1C型電力機(jī)車主回路接地故障

張燦

摘? ?要：HXD1C型電力機(jī)車是鐵路電力機(jī)車車型中的一種，功率較大，車體采用整體承重結(jié)構(gòu)及模塊化設(shè)計，最高運行速度可達(dá)每小時120km。本文就HXD1C型電力機(jī)車牽引變流器結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹，進(jìn)一步對主回路接地故障及處理方法進(jìn)行探究，分析試運行過程中遇到故障應(yīng)該如何處理，旨在維護(hù)HXD1C型電力機(jī)車的安全可靠運行，僅供相關(guān)人員參考。

關(guān)鍵詞：HXD1C型電力機(jī)車? 主回路? 接地故障

中圖分類號：U269? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）11（c）-0080-02

HXD1C型電力機(jī)車主回路接地故障的出現(xiàn)，會嚴(yán)重影響HXD1C型電力機(jī)車運行的安全性和穩(wěn)定性，存在極大的安全隱患，對于鐵路運營也會造成極為不利的影響。為確保HXD1C型電力機(jī)車主回路接地故障得到順利解決，需要從外部主回路和內(nèi)部主回路兩個方面入手來探究可行的處理方法。

1? 牽引變流器結(jié)構(gòu)

就TGA9牽引變流器來看，其能夠滿足機(jī)車軸式C0-C0的應(yīng)用需求，功率為1225W，從性質(zhì)上看為交流傳動電力機(jī)車。牽引部電流器結(jié)構(gòu)具有模塊化特征，四象限整流器與逆變器的交流模塊相同，以DC1800V作為直流環(huán)節(jié)電壓，以二電平三重四象限整流器+VVVF逆變器作為主電路，一組供電單元包括四象限整流器與逆變器，通過軸控方式來實現(xiàn)一臺牽引電機(jī)供電。將支持電容、諧振電容以及固定放電電阻等設(shè)置于中間直流回路，通過隔離開關(guān)并于直流回路，正常工作狀態(tài)下隔離開關(guān)為閉合狀態(tài)，中間直流回路為單元共用，二次諧振回路同樣為單元共用。

1.1 主電路接地檢測

主電路接地檢測的原理可通過主電路單元中間直流電路來進(jìn)行表述，就主回路接地檢測電路來看，其能夠?qū)χ虚g直流電路和四象限輸入側(cè)電路進(jìn)行檢測，在這一電路中，接地電阻、中間半電壓傳感器以及中間全電壓傳感器是主要組成部分，全電壓的一半減去半電壓，所獲得的絕對值在720V以上。

1.2 中間直流接地信號流程

就中間直流接地信號的整個流程來看，主回路接地檢測電壓為中間直流電壓傳感器半電壓、全電壓，模擬輸入A板，能夠?qū)δM信號進(jìn)行采集和放大，促進(jìn)電流信號向電壓信號轉(zhuǎn)換，在模擬輸入A板向網(wǎng)側(cè)信號板過渡的過程中，若全電壓的一半減去半電壓，絕對值在720V以上，滿足此項條件的情況下，報主回路接地。在網(wǎng)側(cè)信號板向SMC板過渡的過程中，半電壓信號得以傳送至網(wǎng)側(cè)信號板，基于網(wǎng)側(cè)信號板來對主路接地故障進(jìn)行判斷，將故障信息傳輸至SMC板，以通訊接口板為支持能夠向網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)上報并作出提示，最后通過顯示屏來將具體信息顯示出來。

就TUC主回路接地保護(hù)信號的形成來看，中間直流電壓與接地檢測電壓能夠?qū)Σ蓸与娮柽M(jìn)行模擬，以網(wǎng)側(cè)信號板為支持，經(jīng)過低通濾波以及放大等處理方式，促進(jìn)二者合并，最終主回路接地保護(hù)信號得以形成。

2? 主回路接地故障及處理方法

2.1 主變流器外部主回路接地故障

其一，變壓器回流電流互感器插頭問題。在某機(jī)務(wù)段電力機(jī)車運行過程中，偶爾報TCU2主回路接地故障，主斷保護(hù)器呈斷開狀態(tài)，但在庫內(nèi)檢查的過程中很難再現(xiàn)故障，通過反復(fù)試驗會偶爾出現(xiàn)故障，主接地故障的出現(xiàn)，導(dǎo)致三次機(jī)破，無論是扣車檢查還是保駕試運，都未找出故障點。最后通過長時間的檢查終于發(fā)現(xiàn)故障，原邊回流互感器插座信號正線出現(xiàn)問題，被燒損后對地放電，導(dǎo)致故障出現(xiàn)。在故障排查過程中，需要密切觀察TCU記錄故障波形圖，把握故障發(fā)生時的具體情況，逐個驗證主變流器主回路相關(guān)部件，確認(rèn)正常后通過驗證發(fā)現(xiàn)并非變壓器造成接地故障。經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)變壓器回流端電流互感器存在一些問題，其外部插座出現(xiàn)燒損的痕跡，拆下互感器插頭，仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)信號正線膠皮燒焦，金屬外殼與正線膠皮距離較近，在電力機(jī)車運行過程中，機(jī)車振動往往會對信號正線造成沖擊，導(dǎo)致短接放電問題出現(xiàn)，影響電力機(jī)車的正常運行。在故障原因進(jìn)行分析的過程中可知，電流器內(nèi)部具有一定特殊性，一般通過互感器電流一般通過電阻采樣的方式來實現(xiàn)，以TCU為支持，對采樣通道進(jìn)行模擬，進(jìn)行濾波以及放大等處理，實現(xiàn)有效保護(hù)?；ジ衅髡€接地，會在一定程度上干擾+15V電源和-15V電源，這就必然會影響電源供電的效果，影響傳感器輸出的準(zhǔn)確性與可靠性，通過TCU檢測可以發(fā)現(xiàn)，中間電壓挖坑現(xiàn)象明顯，嚴(yán)重情況下一旦接近主接地保護(hù)設(shè)定值，就會出現(xiàn)接地故障。

其二，電機(jī)接地故障。某機(jī)務(wù)段電力機(jī)車單機(jī)牽引運行狀態(tài)下，主回路接地故障出現(xiàn)，三軸逆變出現(xiàn)過流的情況，所導(dǎo)致的直接問題就是TCU隔離，無法保證牽引力的可靠性，最終會造成機(jī)破情況。在故障排查過程中，需要對電壓傳感器及TCU相關(guān)插件板進(jìn)行檢查，將電容故障及時排除，以搖表對第三電機(jī)的三相對地電壓進(jìn)行準(zhǔn)確檢測，進(jìn)而對電機(jī)接地進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。

2.2 主變流器內(nèi)部主回路接地故障

其一，接地檢測電壓傳感器故障。對于電壓傳感器來說，一旦全電壓或半電壓出現(xiàn)故障，其中之一取值為0，全電壓的一半與半電的差值的絕對值為900V，相比較可以發(fā)現(xiàn)在720V以上，主回路接地故障出現(xiàn)。

其二，板件故障引起接地故障。就TCU主回路接地保護(hù)信號來看，在其形成過程中，以模擬輸入A板的采樣電阻為支持，中間直流電壓與接地檢測電壓能夠進(jìn)行采樣，以網(wǎng)側(cè)信號板為支持，對中間直流電壓和接地檢測電壓為對象，實現(xiàn)低通濾波與放大操作，保證處理的規(guī)范化，這就能夠合并中間直流電壓與接地檢測電壓，主回路二接地保護(hù)信號得以順利形成，主回路接地故障的出現(xiàn)，與模擬輸入A板、網(wǎng)側(cè)信號板故障等也存在一定關(guān)系。在實際操作過程中，若插件功能不限于采樣處理，此種情況下所出現(xiàn)的主接地故障并非單一化，往往與其他故障異同出現(xiàn)，與兩塊插件存在密切關(guān)系。就HXD1C型電力機(jī)車運行的現(xiàn)實情況來看，模擬輸入A板的情況下很少會引起主回路接地故障，而網(wǎng)側(cè)信號板則極為不同，加以引發(fā)主回路接地故障，并且發(fā)生頻率比較高，與直流過壓以及原邊電流故障之間都存在著密切聯(lián)系。若模擬輸入A板與網(wǎng)側(cè)信號板相關(guān)的主回路接地故障出現(xiàn)，必須要將插件對換，以確保故障得到及時排除。一般情況下，通過LCC板來對中間直流電壓進(jìn)行控制，一旦LCC板出現(xiàn)故障，主回路接地故障極易出現(xiàn)，影響HXD1C型電力機(jī)車的正常運行。

其三，接地檢測電阻接地。若接地電阻出現(xiàn)接地故障，就會導(dǎo)致短路，此時全電壓一半與半電壓的差值的絕對值為900V，明顯超出720V，導(dǎo)致主回路接地故障出現(xiàn)，HXD1C型電力機(jī)車正常運行受到影響。

其四，二次諧振電容造成擊穿，引發(fā)接地故障。此種情況實際上就是電容壞死，正極或負(fù)極有可能與外殼接地，依據(jù)電路圖出發(fā)，能夠?qū)⒄?fù)極接地相電阻接地轉(zhuǎn)化，便于更好的分析故障進(jìn)行探尋可行的解決策略。

其五，冷卻液泄露導(dǎo)致接地故障出現(xiàn)。某機(jī)務(wù)段HXD1C型電力機(jī)車運行過程中，報主回路接地故障，上車后發(fā)現(xiàn)TCU熱交換器出水口出現(xiàn)問題，尤其是在快速接頭部位，漏水情況較為嚴(yán)重，柜體內(nèi)部及變壓器漏液較多，觀察庫用電源可以發(fā)現(xiàn)，其S極電連接壓塑件出現(xiàn)燒損情況。通過分析故障原因可知，庫用電源S極電連接壓塑件出現(xiàn)燒損的情況，導(dǎo)致S極接地，導(dǎo)致接地故障出現(xiàn)。除此之外，也有可能會出現(xiàn)現(xiàn)場誤報接地的情況。

3? HXD1C型電力機(jī)車試運行過程中遇到故障時的處理方式

在HXD1C型電力機(jī)車中，其主電路采用交-直-交電傳動技術(shù)的形式，水冷IGBT變流器裝配于每節(jié)車上，滿足了三相異步電動機(jī)的供電需求，主變流器內(nèi)輔助逆變器得以集成。就該電力機(jī)車的控制系統(tǒng)來看，采取微晶控制方式，應(yīng)用TCN網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)。整個電力機(jī)車采用獨立通風(fēng)方式，以CCBII制動系統(tǒng)來支持空氣制動系統(tǒng)，電制動則采用再生制動的方式，機(jī)車可實現(xiàn)外重聯(lián)控制功能，LOCKTROL遠(yuǎn)程重聯(lián)控制系統(tǒng)的設(shè)置，能夠滿足多機(jī)分布式重在牽引的現(xiàn)實需求。

就HXD1C型電力機(jī)車運行情況來看，主回路接地故障的出現(xiàn)具有典型性特征，其線路負(fù)載，回路設(shè)備眾多，串聯(lián)支路以及并聯(lián)支路較為復(fù)雜，都有可能出現(xiàn)接地點，故障判斷存在一定難度，需要仔細(xì)觀察，并在試運行過程中，若遇到報主回路接地故障的情況，需要對中間直流電壓進(jìn)行檢查，觀察其是否達(dá)到1800V，在故障維持的過程中，需要將電極迅速隔離，確定是哪一軸接地，要對逆變模塊和牽引電機(jī)接地進(jìn)行仔細(xì)查看，對接地故障進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，在隔離后，結(jié)合實際負(fù)載情況來觀察是否具備繼續(xù)運行的條件，以保障HXD1C型電力機(jī)車運行的安全性與可靠性。若在隔離電機(jī)后無法對接地故障進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，則需要關(guān)掉風(fēng)機(jī)，隔離一軸后，對整流環(huán)節(jié)及直流環(huán)節(jié)是否存在故障進(jìn)行判斷，以確保接地故障得到順利解決，為HXD1C型電力機(jī)車的安全穩(wěn)定運行提供保障。

4? 結(jié)語

通過以上分析可知，HXD1C型電力機(jī)車運行過程中，TCU主回路接地故障的出現(xiàn)，會嚴(yán)重影響電力機(jī)車運行。在故障分析過程中，必須要把握故障信號產(chǎn)生流動，自接地監(jiān)測點逐漸向兩邊擴(kuò)散，來對故障進(jìn)行分析和判斷，以確保故障排查的精準(zhǔn)性，促進(jìn)HXD1C型電力機(jī)車主回路接地故障得到順利解決，維護(hù)HXD1C型電力機(jī)車的安全可靠運行。

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