淺析HXD1型電力機車蓄電池虧電原因和預防措施

齊明浩

摘 要：本文針對HXD1型神華號大功率交流傳動電力機車蓄電池虧電的原因進行分析，對神華號大功率交流傳動電力機車蓄電池的特性進行介紹，并針對在朔黃鐵路運行中的實際情況，提出預防蓄電池虧電的措施和日常檢修中的維護方法。

關鍵詞：蓄電池；虧電；充電；維護

中圖分類號：U269 文獻標志碼：A

0 引言

HXD1型神華號大功率交流傳動電力機車采用閥控式密封鉛酸蓄電池作為控制系統起動和后備電源，起著十分重要的作用。神華號大功率交流傳動電力機車的蓄電池自2013年1月在朔黃鐵路運用以來，總體使用情況正常，但仍出現虧電、鼓包、失效等現象；本文通過對神華號大功率交流傳動電力機車蓄電池的特點、結構性能、工作原理等講解，就其虧電原因進行探討、分析，并提供可靠的預防及檢修措施。

1 神華號大功率交流傳動電力機車蓄電池的特點

1.1閥控式密封鉛酸蓄電池采用多重密封技術，能確保在振動使用下，蓄電池不滲漏電液。

1.2閥控式密封鉛酸蓄電池的安全閥具有自動平衡蓄電池內部氣體壓力、防爆的功能，使用安全可靠。

1.3閥控式密封鉛酸蓄電池采用先進的超細玻璃棉（AGM）隔板，使電解液全部吸附在極板和隔板中，氣體復合效率98%以上，無酸霧逸出，不腐蝕設備。

1.4閥控式密封鉛酸蓄電池采用獨特的板柵設計，腐蝕速率低，有效地延長了蓄電池使用壽命。

1.5閥控式密封鉛酸蓄電池極柱采用嵌入式大面積銅芯，大電流放電性能優越。

1.6閥控式密封鉛酸蓄電池槽采用阻燃、超強ABS材料，有效地保證蓄電池的阻燃性和耐振動沖擊性。

1.7閥控式密封鉛酸采用高品質的原材料，把蓄電池自放電控制在最小。

1.8閥控式密封鉛酸先進的工藝配方和嚴格的工藝控制，確保蓄電池產品具有充足的容量和整體性能均一可靠。

2 神華號大功率交流傳動電力機車蓄電池的結構性能及工作原理

2.1閥控式密封鉛酸蓄電池主要由外殼、正負極板、電解液、安全閥等組成。每節蓄電池標稱電壓2V，容量為170A·h，每節機車上裝有48節蓄電池串聯。

2.2閥控式密封鉛酸蓄電池是一種能將電能與化學能互相轉換的裝置，采用超細玻璃纖維來吸儲電解液，并同時為正極上析出的氧氣向負極擴散提供通道，正極產生的氧氣順著通道擴散到負極復合成水，達到無酸霧逸出，不需加水維護的效果，其反應式為：O2+2Pb+2H2SO4→2PbSO4+2H2O。閥控電池在充放電過程中產生以下化學反應：

（放電）PbO2+2H2SO4+Pb→PbSO4+2H2O+PbSO

（充電）PbSO4+2H2O+PbSO→PbO2+2H2SO4+Pb。

2.3 神華號大功率交流傳動電力機車蓄電池的工作原理

神華號大功率交流傳動電力機車的蓄電池是通過機車上的蓄電池充電機來工作的。正常運行中蓄電池與電源柜并聯運行，并作為機車整流控制電源的濾波環節，以保證電壓脈動符合要求。機車的蓄電池充電機將三相交流440V電源轉換為直流110V電源，為機車提供110V電源，并為蓄電池組充電。它由5個3AC440V轉換為DC110V的模塊、兩個DC110V轉換為DC24V的模塊及1個監控模塊組成，DC110V模塊為機車的控制系統、信號系統、制動系統提供110V控制電源并為蓄電池充電，DC24V模塊給標輔燈、儀表燈等設備提供DC24V電源，監控模塊對DC110V電源、DC24電源以及蓄電池充電進行監控、顯示和管理，同時蓄電池充電機可以通過內重聯插座給它節車供電。

3 造成神華號大功率交流傳動機車蓄電池虧電的原因

3.1 蓄電池本身問題引起虧電

朔黃鐵路2013年引入神華號大功率交流傳動電力機車，2014年底陸續出現機車蓄電池虧電現象，通過打開蓄電池箱體檢查發現蓄電池出現不同程度的鼓包、變形現象；通過和廠家技術人員研究發現所有鼓包、變形的蓄電池均為2014批次產的蓄電池；對鼓包、變形蓄電池解剖后發現電池正負極板板柵上雜質較多，電池里電解液干涸。分析原因為蓄電池本身質量不合格；由于蓄電池極正負極板板柵上有過多雜質，當電解水和正負極板里的硫酸鉛進行化學反應時，產生氣體過多，造成蓄電池安全閥壓力過高，無法全部排出氣體，導致蓄電池內部氣體過多，壓力增大，因此引起蓄電池外殼發生鼓包、變形現象，單個蓄電池報廢，引起整體蓄電池組電壓過低，造成蓄電池虧電。

3.2 過度放電造成蓄電池虧電

由于神話號交流電力機車傳動功率大，在機車啟動前蓄電池為機車控制電路操縱供電（如照明電源），以完成機車受流前的準備，同時以蓄電池為電源使升弓壓縮機工作，升受電弓。當機車啟動后在運行中，如果部分110V開關電源出現故障時被切除后，由蓄電池組供電維持故障運行。因此蓄電池長期為各種負載供電，引起蓄電池端電壓降低很多，在正常運行中雖然蓄電池處于浮充電狀態，能保持端電壓高于96V，但當機車到站降弓后，蓄電池不處于浮充電狀態，同時為控制電路110V設備供電，長時間使蓄電池處于放電狀態，造成蓄電池電解液電位降低，造成蓄電池虧電。

3.3 長時間超出標準環境溫度引起蓄電池虧電

蓄電池的最佳使用溫度為25℃，而朔黃鐵路是西起山西省神池縣神池南站，東至河北省黃驊市黃驊港口貨場。正線總長近600km的重載鐵路。過黃土高原、太行山北段、入華北平原進而抵達渤海西岸。環境溫度差異明顯，夏季華北平原地表氣溫30℃以上，在太陽直射蓄電池箱體的時候，蓄電池箱體里溫度高達40℃以上，過高的溫度環境會使蓄電池在化學反應時消耗過多的電解水，引起電解液干涸，縮短電池的容量，造成蓄電池虧電；尤其在冬季，神池南站最低溫度可達-30℃～-20℃。并且機車運行中電源柜充電機充電電壓以25℃為基數進行浮充電，在低溫環境下蓄電池長期不能充分充電，放電過多，造成蓄電池虧電。

4 蓄電池虧電的預防措施與維護

針對以上影響蓄電池虧電的原因，只要采取正確的預防措施和維護方法，就能有效防止蓄電池虧電，保證機車正常運行。

4.1 完善蓄電池充電方式

根據朔黃線上神華號大功率交流傳動電力機車的蓄電池檢修工藝，對進入修程的機車的蓄電池進行檢查（確保蓄電池無漏液、鼓包等現象，絕緣件無燒損，接線端子無銹蝕、變色）和測量電壓（必須負載放電5min～10min再進行測量），并根據蓄電池的狀態和電壓值不同，可更換為新品蓄電池或通過蓄電池充電機進行不同方式的充電（由于原有蓄電池充電機的限制，充電方式一直采用的是恒壓限流的快速充電方式，現引進了新式蓄電池充電機后可對蓄電池進行多種方式充電）；如：蓄電池組出現鼓包或漏液或單節蓄電池電壓值低于1.7V必須更換，單節蓄電池電壓值在1.7V～1.8V可用快速充電方式充電6h～8h，單節蓄電池電壓值在1.8V～1.9V可用均衡充電方式充電4h～6h，單節蓄電池電壓值在1.9V～2.0V可用浮充電方式2h～4h。充電完畢后，必須再次對蓄電池進行空載和負載測量，以保證蓄電池電壓值符合機車上線運行的技術要求。

4.2 對蓄電池柜和機車照明電源進行改造

由于神華號大功率交流傳動電力機車的蓄電池在朔黃鐵路上運行中溫度差異大，建議在蓄電池箱體里加裝通風冷卻裝置和加熱裝置。夏季開啟通風冷卻系統對蓄電池進行降溫；冬季對蓄電池柜進行加熱，使其達到使用的最佳溫度25℃。根據在7085號機車技改的蓄電池實時監測裝置的試驗效果，可應用于其他神華號大功率交流傳動電力機車的蓄電池上，有助于機車運行，司機可以通過該裝置對蓄電池進行實時監測。此外還可把神華號大功率交流傳動電力機車的前照燈、司機室照明燈、機械間走廊燈等照明電源技改為電子節能燈，降低機車照明電源對蓄電池的消耗。

4.3 更換大容量的蓄電池

蓄電池的容量是蓄電池在一定放電條件下所能給出的電量，以符號C表示。常用的單位為安培小時，簡稱安時（Ah）；神華號大功率交流傳動電力機車現使用的為170Ah容量的蓄電池，根據朔黃鐵路有限責任公司機輛分公司技術部與蓄電池廠家的研究2016年特別引進了一批220Ah的蓄電池，并首先應用在了神華十二軸大功率交流傳動機車8001和8002上試驗其性能，通過這兩年多來的應用，220Ah的蓄電池沒有出現過鼓包、漏液、虧電等不良現象。因此建議把在朔黃線上運行的所有神華號大功率交流傳動電力機車的蓄電池全部更換為220Ah的蓄電池，這樣可以有效地解決蓄電池虧電的問題，保證蓄電池的良好狀態，確保機車正常運行。

4.4 規范對機車蓄電池的使用和維護

在運行區間停電期間，在保證最小機車控制需要的情況下，盡量關閉其他一切控制電源，如關閉微機電源（=32-F12）、走行部電源（=47-F01）、機械間走廊燈（=52-F02）、輔照燈（=51-F04）、儀表燈（=52-F03）、前窗加熱（=63-F01）、屏柜加熱（=63-F03）等，因為這些設備都在消耗機車的蓄電池電量；區間來電后再將上述所有電源開關閉合，這樣可以避免機車啟動時蓄電池電壓過低。在機車進入臨修或輔修作業中，對機車進行技改或相關作業需要用電時，必須禁止閉合蓄電池開關，禁用蓄電池作為電源給其他設備設施供電；如需供電要引入外部電源進入機車內進行作業。

當機車長期停放時，除關閉蓄電池自動開關（=32-F06）外，還要關閉電源柜內蓄電池閘刀，當機車停放超過3個月，每半年對機車蓄電池進行一次均衡充電，保證蓄電池電壓符合機車運行要求。

結語

由上文可以看出，閥控式密封鉛酸蓄電池是神華號大功率交流傳動電力機車的關鍵部件，起著穩定神華號大功率交流傳動機車正常工作的重要作用，因此要確保蓄電池的狀態良好，同時對蓄電池的日常使用和檢修維護要嚴格按照技術規定執行，保證穩定華號大功率交流傳動電力機車在朔黃鐵路上安全可靠運行。

參考文獻

[1]侯躍文.神華重載運輸大功率交流傳動電力機車[M].北京：中國鐵道出版社，2015.

[2]秦鳴峰.蓄電池的使用與維護[M].北京：化學工業出版社，2010.