HXD3C型機(jī)車列供柜晶閘管被擊穿故障的原因分析及對策

武彥國

摘 要：HXD3C型電力機(jī)車列供柜晶閘管故障，原因分析，提出故障解決的方法；應(yīng)用于機(jī)車檢修。

關(guān)鍵詞：HXD3C型機(jī)車；高次諧波；列供柜；晶閘管被擊穿；原因分析；對策

1 概述

HXD3C型機(jī)車設(shè)有DC 600V 供電電路。該電路主要有2個 DC600V 的列供柜LG1、LG2。其輸入電路由機(jī)車變壓器TM1兩個輔助繞組供電，經(jīng)過整流電路后，為旅客列車提供 DC600V 電源。冬寒酷暑期間機(jī)車列供柜故障率居高不下，旅客反響強(qiáng)烈，其中HXD3C型機(jī)車列供柜發(fā)生多起整流元件---晶閘管被擊穿的故障，故障一旦發(fā)生列供裝置無法維持使用，嚴(yán)重影響對旅客列車的供電，干擾機(jī)車的正常運(yùn)行。例如：2014年6月間，HXD3C型162機(jī)車和HXD3C型523機(jī)車在運(yùn)行中列供柜均有一組發(fā)生晶閘管被擊穿的故障，在炎炎夏日的南方，致使旅客列車部分車廂溫度過高，造成旅客不滿。針對列供柜整流元件被擊穿的故障現(xiàn)象，對故障原因進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的解決辦法，努力提高機(jī)車列供電裝置的可靠性和穩(wěn)定性。

2 列供柜整流元件晶閘管擊穿原因分析

2.1 機(jī)車列供柜主回路簡介

圖1 主回路電路圖

如1圖所示，列供柜主電路中晶閘管采用了過壓和過流保護(hù)裝置。列供柜主電路內(nèi)整流橋的交流側(cè)并聯(lián)了由電阻、電容組成的RC過電壓吸收電路；整流橋內(nèi)各晶閘管兩端并聯(lián)RC電路，用于吸收晶閘管兩側(cè)的過電壓。RC吸收電路也叫RC緩沖電路，它是電阻Rs與電容Cs串聯(lián)，并聯(lián)連接在電路中，為了限制電路電壓上升率過大，確保晶閘管安全運(yùn)行。在主電路輸入側(cè)串聯(lián)了一個快速熔斷器IFU，用于過流短路保護(hù)。

2.2 故障機(jī)車檢查情況 162故障機(jī)車返回后，檢查機(jī)車微機(jī)屏顯示列供1柜故障，打開列供柜高壓柜檢查，發(fā)現(xiàn)晶閘管V21旁并聯(lián)的RC電線路接頭脫焊見圖（a），晶閘管V21外觀有無過熱跡象，使用萬用表設(shè)置到電阻檔測量晶閘管兩側(cè)阻值為無窮大，確定晶閘管已開路；對機(jī)車列供柜其它部件進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)列供柜主電路交流側(cè)RC過壓吸收電路中的電阻器下部存在大量的石英砂見圖（b），電阻器金屬外殼有過熱融化見圖（c），使用萬用表測量電阻阻值無窮大，確定電阻器燒損已開路。

2.3 晶閘管擊穿故障原因分析結(jié)果 目前大量的交-直-交大功率和諧機(jī)車上線運(yùn)行，同一分相區(qū)多臺和諧機(jī)車運(yùn)行，部分機(jī)車頻繁進(jìn)行再生反饋電制動，機(jī)車反饋到電網(wǎng)的電能品質(zhì)較差，諧波含量大。接觸網(wǎng)提供的電源品質(zhì)差，對列車供電裝置的正常工作形成較大干擾破壞。機(jī)車列供柜內(nèi)主電路中長期存在尖峰過電壓，在持續(xù)時間長峰值大的電壓作用下，保護(hù)電路中電阻器內(nèi)的石英砂吸收大量熱能過度膨脹后外泄和外殼過熱融化，電阻器實際功率在持續(xù)下降被擊穿燒損，造成交流側(cè)RC過電壓吸收電路失效。晶閘管兩側(cè)的RC過電壓吸收電線路脫焊，保護(hù)電路失效后使主電路中過電壓持續(xù)施加在晶閘管一側(cè)，導(dǎo)致了晶閘管被擊穿。根據(jù)列供柜的故障情況分析，列供電裝置主電路中存在大量的峰值較高的過電壓對晶閘管產(chǎn)生了很大的危害，列供柜主電路保護(hù)電路失效的情況下，晶閘管被電路中的峰值較高的過電壓擊穿。

3 解決列供柜晶閘管擊穿故障的對策

通過試驗發(fā)現(xiàn)列供柜主電路在某些區(qū)間有時出現(xiàn)持續(xù)10min以上的最大功耗2000W的干擾電能，由于廠家設(shè)計原因安裝在機(jī)車列供柜RC電阻中的電阻器的標(biāo)稱功率是2×800W，功率偏小，通過向廠家反映，機(jī)車列供柜更換掉功率偏小的電阻器，目前安裝使用的是功率更大的2×1500W的電阻器，以提高過載能力，延長電阻使用壽命，防止過電壓持續(xù)存在時將吸收電阻燒損，提高主電路整體安全性。2014年6月間通過重點(diǎn)檢查HXD3C型機(jī)車列供柜柜內(nèi)電線路連接狀態(tài)及各RC保護(hù)電路外觀檢查、電阻電容性能特性測量，及時發(fā)現(xiàn)了很多質(zhì)量隱患，具體故障如表1，經(jīng)過處理保證列供柜內(nèi)各保護(hù)回路狀態(tài)良好。

6月通過列供柜重點(diǎn)檢查發(fā)現(xiàn)的故障統(tǒng)計如下表：

4 結(jié)論

雖然外部尖峰過電壓不可避免，但通過HXD3C型機(jī)車列供柜晶閘管被擊穿的故障的分析，及時制定解決對策，經(jīng)過近1年的實際使用驗證的效果很好，HXD3C型機(jī)車列供柜晶閘管故障得到了有效解決。

參考文獻(xiàn)：

[1]HXD3C型交流傳動電力機(jī)車檢修維護(hù)保養(yǎng)手冊.中國北車集團(tuán)大連機(jī)車車輛有限公司.

[2]袁軍，HXD3C型機(jī)車列車供電柜壓敏電阻燒損的原因分析及對策[J].電力機(jī)車與城軌車輛，2013（2）.