對HXD3型電力機車蓄電池故障的分析與對策

陳國強

（南京鐵道職業技術學院，江蘇南京210015）

1 發生故障情況

HXD3-024機車擔當L453次旅客列車（牽引18輛、換長42.9、重1 016t），運行至南京站過分相后，TCMS屏出現“DC 110V運轉停止”等故障，后維持運行進南京站8道，檢查機車控制電壓只有60V，請求救援。

2 機車回機務段檢查情況

回機務段后對機車進行檢查：機車總控制電壓為75V，機車無法升弓試驗，重新對機車蓄電池補充電，蓄電池充電正常，電壓升至110V。升弓試驗檢查機車APU、PSU工作狀態均正常，無任何故障顯示。閉合QA56（直流加熱）斷路器，直流加熱正常。再閉合QA72（交流加熱）斷路器，交流加熱正常。但發現KE11繼電器（交、直流轉換繼電器）工作狀態指示燈雖亮，但該繼電器未能正確動作，直流加熱電路未正常斷開，始終處于放電狀態。

3 電路分析

圖1是HXD3型電力機車低溫加熱及直流交流轉換電路示意圖。機車在沒升弓合主斷前，輔助變流器由于沒有輸入電源，不能工作，因此，不能給低溫加熱電路提供三相交流電源。由于DC 110V控制電源的電能是由輔助變流器中間直流電路提供的，而此時輔助變流器不工作，DC 110V控制電源（即直流110V充電電源模塊）自然也不能工作。此時低溫加熱電路只能由蓄電池提供電源。

閉合空氣自動開關QA56，同時閉合交流加熱空氣自動開關QA72，由于交流電路中的直流交流加熱轉換繼電器此時不得電，其串聯在直流加熱接觸器KM22得電電路中的常閉觸頭閉合，其串聯在交流加熱接觸器KM21得電電路中的常開觸頭斷開，使KM21不得電。KM21串聯在KM22得電電路中的常閉觸頭閉合，這樣便接通直流加熱接觸器KM22得電電路，KM22得電動作，其常開觸頭閉合，機車首先使用蓄電池對機車110V電源裝置、LC濾波裝置、TCMS與APU加熱。

當機車可以正常升弓合主斷后，輔助變流器工作，輸出三相交流電，經隔離變壓器AT降壓后，給交流加熱電路提供電源，從AT1次邊三個繞組中間分別抽頭出281、282和283號線，經過交流加熱空氣自動開關QA72分別使284、285、286號線得電，284號線得電后，使直流交流轉換繼電器KE11得電，直流交流轉換繼電器KE11得電動作，KE11得電后，其串聯在直流加熱接觸器KM22線圈電路中的常閉觸點斷開，使直流加熱接觸器KM22失電。KM22失電后，其串聯在交流加熱接觸器KM21電路中的常閉觸點閉合，而KE11得電后，其串聯在KM21電路中的常開觸點閉合，這樣就連通了交流加熱接觸器KM21得電電路，KM21得電后，其串聯在直流加熱接觸器KM22得電電路中的常閉觸點斷開，確保KM22不動作。由于KM22的失電，其在低溫預熱回路中的各常開觸點斷開，從而斷開低溫預熱直流電路，KM21得電動作，其在低溫預熱回路中的各常開觸點閉合，繼電器KE11和接觸器KM21閉合，接觸器KM22斷開，轉由AC 110V進行低溫預熱，對輔助變流器、110V電源充電模塊、微機控制系統、濾波裝置、管路加熱套進行加熱，還對主變流器、總風壓力開關、重聯插座、取暖器、電熱玻璃、飲水機等進行加熱，從而實現低溫預熱回路由直流供電向交流供電的轉換。

從以上電路分析可知，HXD3型電力機車直流低溫加熱電路是用于機車升弓、合主斷前對直流110V電源充電模塊、微機控制系統、濾波裝置、管路加熱套等進行加熱，消耗的電能由蓄電池提供，在機車升弓、合主斷之后，就改由交流電路供電，而這一過程的轉換，是通過直流交流加熱轉換繼電器KE11完成的。

圖1 HXD3電力機車低溫加熱及直流交流轉換電路示意圖

4 蓄電池故障原因分析

徐州地區下雪氣溫較低，為確保撒沙裝置工作正常、各系統的正常使用，乘務員在交接時閉合了低溫預熱空氣斷路器QA56，及交流加熱空氣斷路器QA72對機車部件進行加熱并對沙進行加熱干燥，由上面電路分析可以看出，閉合QA72，機車由受電弓取流時，通過KE11繼電器正確動作，應能自動切除直流加熱，只有在過分相時直流加熱才起作用。但如果KE11繼電器故障，不能正常動作，情況就不一樣了，由于KE11常閉觸頭不斷開，導致在受電弓取流狀態下直流加熱無法自動切除，仍處于工作狀態，另外，KE11常開觸點不閉合，使得交流加熱電路無法投入，這樣只能由直流電路供電。即在給各控制電路和照明、制動等電路供電又給低溫預熱供電，由于直流電源的容量在設計時沒有考慮到同時還給低溫預熱電路供電的情況，使得直流110V控制電源顯得容量不夠。雖然HXD3電力機車設置了獨立的兩套直流110V控制電源，但兩套電源不能同時投入，這就造成與其并聯的蓄電池向外提供能量，對蓄電池來說是非常不利的。在升弓合主斷后不僅得不到DC 110V控制電源的浮充電，而且還要繼續放電，尤其是在機車過分相時，由蓄電池單獨對控制、照明、制動、車載設備供電和低溫預熱電路供電，就造成蓄電池大電流放電。徐州到南京電氣化鐵路上分相區眾多，這就造成蓄電池容量大幅下降。南京站進站前過分相時，主斷斷開后，機車所有的用電設備全部由蓄電池供電，蓄電池電壓下降過大，只有60V，已不能維持機車控制系統的正常工作，過完分相后，主斷無法閉合，直流控制電流不能再次投入，微機檢測到這一情況，顯示DC 110V運轉停止故障信息，機車利用其運行的慣性，維持運行到車站8道。但停車后因為無法得到動力，而不能繼續運行。

5 對策

這起HXD3型電力機車蓄電池故障的發生，暴露出其低溫加熱直流交流轉換電路中的問題。現有的電路只使用直流交流轉換繼電器KE11這一裝置控制低溫加熱直流電路斷開不可靠，而在設置直流交流轉換繼電器KE11的同時，還應該采取措施確保低溫預熱直流電路斷開，以免造成蓄電池虧電現象。

由以上分析可知，為確保HXD3型電力機車在升弓合主斷后低溫加熱直流電路可靠斷開，必須同時采取兩種斷開措施。KE11是通過其觸點的斷開，使直流加熱接觸器得電電路斷開，從而使直流低溫預熱直流電路斷開，那么我們必須在其他地方再設置一個可以控制的斷點。前已述及，在低溫預熱電路電源輸入端有一個低溫預熱空氣斷路器QA56，QA56處于斷開位置就可以斷開低溫預熱直流電路，但QA56通常需要人工操作，只有在過載、過流情況下才自動跳開。所以這個斷點不象KE11可以自動控制，為保證在機車升弓合主斷后，電路在QA56處及時斷開，可以在直流110V電源輸入端設置控制斷點。建議QA56不要直接和直流110V控制電源的正線350號線連接，而是要經過一個非門控制電路，再和直流110V控制電源的正線350號線連接。非門控制電路輸入信號為主斷路器QF1狀態信號431號線。低溫預熱直流電源非門控制電路示意圖見圖2。其作用過程是當主斷沒有閉合時，431號線不得電，其電位為低電平，非門控制電路輸出高電平，給低溫預熱直流電路供電，一旦主斷路器閉合，431號線得電，其電位由低電平變為高電平，那么非門控制電路就輸出低電平，斷開低溫預熱直流電路電源。這一非門控制電路和KE11并行使用，確保升弓合主斷后，低溫加熱直流電不工作，從而避免對蓄電池的損害，提高機車運行的可靠性。

圖2 控制電路

6 結束語

由于HXD3型電力機車低溫預熱直流供電電路的斷開只依賴于直流交流轉換繼電器KE11得電動作這一個途徑，當直流交流轉換繼電器KE11發生故障，不能正常動作時，直流電源便不能斷開，致使機車在運行一段時間后，造成蓄電池嚴重虧電，使機車不能繼續運行，影響了鐵路運輸的安全暢通，如果低溫預熱直流供電電路另設一個可控制的斷點，則可以確保機車在升弓合主斷后低溫預熱直流供電電路可靠斷電，從而保護蓄電池不致虧電。這可以采用一個非門控制電路來解決。

［1］鐵道部運輸局裝備部.HXD3型電力機車［M］.北京：中國鐵道出版社，2011.

［2］張曙光.HXD3型電力機車［M］.北京：中國鐵道出版社，2009.

［3］李 新.HXD3型機車用DC 110V電源裝置［J］.電力機車與城軌車輛，2008，31（2）：42-44.