淺析HXD3型機車APU故障的原因及其處理

摘 要：根據HXD3型電力機車現場情況，分析APU輔助變流器常見故障及原因，并提出對策。

關鍵詞：HXD3電力機車；APU輔助變流器；常見故障；

文章編號：1674-3520（2015）-05-00-01

目前，HXD3型交流傳動貨運電力機車是我局的主型干線機車，擔負著重要的牽引任務。在運用中機車上的輔助變流器（簡稱APU）為機車的通風機、油泵、水泵、空氣壓縮機等重要部件提供電源。如果輔助變流器出現故障，將導致機車跳主斷、途中停車等后果，嚴重影響機車運行質量。

一、APU輔助變流裝置原理及性能參數

（一）基本原理

HXD3型機車配備2臺輔助變流器。輔助變流器APU通過四象限整流器單元把牽引變流器二次線圈提供的交流電轉換為電壓恒定的750V直流電，一方面為110V蓄電池充電裝置PSU提供電源，另一方面供給由IGBT構成的PWM脈寬調制逆變器單元，通過逆變器最終轉換為三相交流電源提供給輔助電動機組。HXD3型機車配備的2臺輔助變流器，每臺的額定容量均為230kVA，分別由牽引變壓器的2個輔助繞組供電，輔助繞組的電壓均為399V。APU1主要是為6臺牽引電機通風機和2臺復合冷卻器通風機提供變壓變頻（VVVF）電源，APU2主要為了給2臺壓縮機電機、2臺牽引變壓器油泵、2臺主變流柜水泵、2臺司機室空調、2臺輔助變流器風機提供恒壓恒頻（CVCF）的電源。同時APU2還經過隔離變壓器，分別向司機室輔助加熱設備、衛生間及壓縮機加熱回路和低溫預熱設備提供交流220V和交流110V電源。在正常情況下2組輔助變流器全部投入使用，基本上以50%的額定容量運行。輔助變流器APU1工作的變壓變頻方式，輔助變流器APU2工作在恒壓恒頻方式，分別向機車輔助電路供電。當某一套輔助變流器發生故障時，機車微機系統（TCMS）通過檢測，自動發出指令，斷開故障APU對應的輸出接觸器（KM11或KM12），再自動閉合故障轉換接觸器（KM20），切除故障APU，把發生故障的APU的負載切換到另一組APU，由改組APU承擔起機車全部的輔助電動機負載。此時，該輔助變流器按照恒壓恒頻方式工作，從而確保機車輔助電動機供電系統的可靠運行。

基本性能參數

APU構成 整流器單元1臺+逆變器單元1臺 ×2組 機車

輸入電壓單相 單相交流399V

輸入頻率 50Hz

中間直流環節電壓 直流 750V

元件類型 IGBT（1700V，1200A）

輸出電壓CVCF 230KVA-380V-50Hz- p. f. = 0.85

VVVF 230KVA-380V-50Hz-p. f. = 0.85

頻率可變范圍 0.2～50Hz

電壓可變范圍 2 ～380V

冷卻方式 強制風冷方式

（二）輔助變流器裝置通風冷卻系統

機車的2臺輔助變流裝置，分別安裝在2臺牽引變流裝置柜內，具有各自獨立的通風冷卻系統。每臺輔助變流器通風系統的通風過程如下：冷卻空氣由車頂側濾網進入輔助變流器裝置柜進風口后，經柜內通道、離心通風機、散熱元件到柜排風口然后從車底排入大氣。

輔助變流器通風支路的冷卻空氣走向如下：

車外空氣→車頂濾網→輔助變流器裝置柜進風口→通道→離心通風機→各散熱元件→風道→柜出口→車底大氣。

離心沉降過濾器性能：

（1）風速為4m/s時：

平均水滴20 μm過濾效率為90%以上；

塵埃60μm以上的過濾效率為80%以上。

（2）額定風量：0.5m3/s。

二、常見的HXD3型機車APU故障類型分析及原因

（一）負載故障造成APU報警，顯示APU故障

原因分析：2014年12月3日，HXD3-0875機車運用途中司機發現輔變流燈、水泵燈亮、輔接地燈亮，合不上主斷。司機處理無效，請求救援。故障原因：第一牽引風機電機內部接地造成APU1接地，當APU1故障時，機車微機控制監控系統（TCMS）自動切換到APU2，由于第一牽引風機被附加到APU2上，所以又引起APU2接地，輔接地燈亮；當APU1、APU2故障時造成水泵停轉，顯示水泵燈亮；當每一組輔助變流器的輸出回路中，負載接地時，向微機控制系統發出跳主斷的信號，造成停車。拆解第一牽引風機，發現電機軸承塌架。軸承塌架后電機掃膛打壞繞組，造成電機接地。

（二）APU污損故障

故障發生時TCMS顯示屏顯示“APU污損”。原因：雖然輔助變流器通風系統有濾網對空氣進行過濾，但經過長期積累，仍然會導致APU整流、逆變單元冷卻用的散熱器散熱片上集聚大量灰塵，堵塞散熱片通風和散熱的通道，散熱效果差，造成APU溫度升高。機車運行中檢測到APU溫度過高，就會自動報警，TCMS微機屏顯示APU污損，并自動切除故障的一組APU，另一組APU承擔全部負載。當另一組APU同時出現溫度過高時，則無法維持運行，將會造成機破。我們分解了三臺運用一年以后的輔助變流裝置，發現散熱器上灰塵很多。

三、處理措施

（一）牽引風機出現異常及時更換

機車出入庫時由地勤檢查人員對牽引風機工作狀態進行檢查，風機運行時振動大的電機，必須立即更換電機軸承。機車乘務員途中發生APU故障報警、跳主斷，應急處理首先從微機屏甩除APU1、2，從控制柜斷開脫扣開關甩除8個風機及2個油泵、2個水泵，然后閉合主斷，逐個恢復甩除的裝置。恢復到哪個負載又出現故障時，甩掉該負載恢復其它裝置維持運行。減少對運輸的影響。

（二）吹掃散熱片灰塵

在兩次C4級修程（對應以前的二年檢）之間增加一次吹掃范圍：拆下離心通風機，使用壓縮空氣將輔變流裝置散熱片上的灰塵吹掃干凈。

每年3月至10月出入庫整備時測量風速，將風速儀置于機車輔助變流器出風口下部，測試出風口風速不低于3.5m/s。低于3.5m/s時采取清理通風濾網等措施直到風速達到標準。

（三）對APU不啟動的處理

1、同期網壓信號線接反，可將92號與100號線對調，

2、KM11或KM12信號異常或未輸入，需確認該信號是否已輸入到CN5-26中，或者檢查KM11、KM12上信號是否已經輸出了；

3、DCPT故障，需檢測確認DCPT的電阻阻值和輸出值是否正常。

四、實施效果

通過采取以上5項措施，效果良好。截止目前，尚未發生因輔助變流器故障而造成機破的重任事件。

參考文獻：

[1]《HXD3型電力機車》中國鐵道出版社，2010.