HXD1型電力機(jī)車牽引控制電源板啟動(dòng)時(shí)序優(yōu)化

龍光海 龔事引

摘 ?要：HXD1型電力機(jī)車是一種8軸雙節(jié)重聯(lián)重載交流傳動(dòng)的電力機(jī)車，該車型是在先進(jìn)的大功率交流機(jī)車技術(shù)平臺(tái)上，并充分考慮到貨運(yùn)專線的特殊環(huán)境，采納了成熟、可靠的技術(shù)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的一款適用于中國(guó)干線鐵路重載貨運(yùn)的新型大功率交流傳動(dòng)電力機(jī)車;重載貨物運(yùn)輸代表了鐵路貨物運(yùn)輸領(lǐng)域的先進(jìn)生產(chǎn)力，已成為國(guó)家衡量經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵指標(biāo)之一。HXD1型電力機(jī)車采用系統(tǒng)化、模塊化、高可靠性的設(shè)計(jì)理念，保證電力機(jī)車的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)能夠平穩(wěn)高效運(yùn)行。但由于電力機(jī)車運(yùn)行環(huán)境惡劣，受溫差、海拔風(fēng)沙等因素的影響，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，該車型出現(xiàn)故障的頻次較高，尤其是牽引變流模塊;文章針對(duì)HXD1型電力機(jī)車牽引控制電源板故障進(jìn)行了研究和分析，首先對(duì)問(wèn)題進(jìn)行了描述，而后對(duì)問(wèn)題成因進(jìn)行了探討，接著對(duì)啟動(dòng)電路進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，經(jīng)過(guò)驗(yàn)證取得較明顯成效。

關(guān)鍵詞：電力機(jī)車;牽引變流器;起動(dòng)順序;優(yōu)化

中圖分類號(hào)：U269.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2019）13-0142-02

Abstract： HXD1 electric locomotive is a kind of 8-axle double-section heavy-duty AC drive electric locomotive. The model is based on the advanced high-power AC locomotive technology platform and fully takes into account the special environment of freight dedicated line. A new type of high power AC drive electric locomotive suitable for heavy haul freight of China trunk railway has been designed and developed by adopting mature and reliable technology. Heavy haul freight transportation represents the advanced productivity in the field of railway freight transportation. It has become one of the key indicators to measure the economic development of the country. HXD1 electric locomotive adopts the design concept of systematization， modularization and high reliability to ensure the smooth and efficient operation of the dynamic system of electric locomotive. However， due to the bad operating environment of electric locomotive， affected by temperature difference， altitude wind and sand and other factors， in the actual operation process， the frequency of failure of the model is high， especially the traction converter module; In this paper， the fault of traction control power supply board of HXD1 electric locomotive is studied and analyzed. Firstly， the problem is described， then the cause of the problem is discussed， and the starting circuit is adjusted and optimized. It has been proved to have achieved remarkable results.

Keywords： electric locomotive; traction converter; starting sequence; optimization

1 問(wèn)題概述

當(dāng)前HXD1型電力機(jī)車廣泛運(yùn)用于大秦貨運(yùn)專線，各貨運(yùn)的鐵路干線，能夠有效緩解我國(guó)現(xiàn)階段的鐵路貨運(yùn)運(yùn)輸壓力，對(duì)于電力機(jī)車的設(shè)計(jì)而言，是以系統(tǒng)化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)理念，而HXD1型電力機(jī)車整車最大的牽引功率為9600kW，最高運(yùn)營(yíng)速度達(dá)到12km/h;HXD1型電力機(jī)車采用的異步牽引電機(jī)有兩種型號(hào)，本文以國(guó)產(chǎn)電機(jī)JD160型異步牽引電機(jī)為例進(jìn)行介紹。而牽引變流器（TCU）控制主變壓器和牽引電動(dòng)機(jī)之間的能量傳輸，進(jìn)而控制牽引電動(dòng)機(jī)以獲得期望的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。

通過(guò)對(duì)機(jī)車牽引變流器的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，牽引控制單位在通電后的維護(hù)接口電路板指示燈存在異常情況。而后針對(duì)此異常情況，在現(xiàn)場(chǎng)展開(kāi)了相關(guān)試驗(yàn)，最終對(duì)異常原因進(jìn)行確定：不同廠家生產(chǎn)的電源板進(jìn)行混裝。

2 成因分析

對(duì)于TCU的硬件設(shè)計(jì)而言，當(dāng)外部供電電源DC 110V通電后，指示燈狀態(tài)先由ALNU供電的TCU內(nèi)部CPU板卡復(fù)位一次，而后根據(jù)ALCA（H）供電功率模塊脈沖驅(qū)動(dòng)板反饋信號(hào)，來(lái)對(duì)指示燈的正?；虍惓＿M(jìn)行判定，結(jié)果為+15V則表示正常，結(jié)果為0V則表示異常，存在故障。按照這個(gè)實(shí)驗(yàn)邏輯，ALCA要比ALNU提前進(jìn)行啟動(dòng)，才不會(huì)出現(xiàn)CPU板卡復(fù)位從而指示燈異常的情況。正常狀態(tài)，通電后ALCA（H）供電給脈沖驅(qū)動(dòng)板，與此同時(shí)，脈沖驅(qū)動(dòng)板將+15V的脈沖結(jié)果進(jìn)行反饋;而后，ALNU供電的CPU對(duì)各個(gè)指示燈的狀態(tài)進(jìn)行恢復(fù)，此時(shí)因?yàn)?15V的脈沖結(jié)果反饋已經(jīng)出現(xiàn)，因此復(fù)位后指示燈不會(huì)再出現(xiàn)相應(yīng)的異常情況。異常狀態(tài)，上述提到ALNU的啟動(dòng)時(shí)間要高于ALCA，通電后CPU對(duì)指示燈狀態(tài)進(jìn)行了恢復(fù)，而以此同時(shí)，ALCA（H）供電的脈沖驅(qū)動(dòng)板最后的結(jié)果反饋還是低電平，+15V高電平脈沖未得到返回，此低電平信號(hào)對(duì)正常指示燈（綠燈）進(jìn)行直接驅(qū)動(dòng)，正常指示燈被熄滅，同時(shí)該異常狀態(tài)被鎖死。為了保證設(shè)計(jì)的安全性，而后+15V脈沖結(jié)果得到了返回，如果不對(duì)軟件進(jìn)行復(fù)位，指示燈的狀態(tài)就不會(huì)發(fā)生任何變化，從而出現(xiàn)指示燈異常的情況。

對(duì)上述內(nèi)容完成相應(yīng)的分析，可以得出這種現(xiàn)象的成因就是因?yàn)锳LNU及ALCA（H）啟動(dòng)時(shí)序存在差異。所以筆者認(rèn)為，ALNU的啟動(dòng)時(shí)間需要高于ALCA（H）的啟動(dòng)時(shí)間，這樣就可以有效保證指示燈正常運(yùn)行。

3 優(yōu)化方案

對(duì)于正常運(yùn)行而言，在外部輸入進(jìn)行通電后，M7中的2也進(jìn)行通電，同時(shí)U2進(jìn)行導(dǎo)通，M1PC、M2PC、M3PC三者的電位持續(xù)被降低，這時(shí)模塊沒(méi)有任何輸出。在M7中的2電位被拉低后，轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖?，U2閉合，M1PC、M2PC、M3PC三者轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娖?，這時(shí)模塊可以進(jìn)行正常穩(wěn)定的輸出。

在外部輸入電源進(jìn)行通電后，C1利用R16進(jìn)行充電，在C1兩邊的電壓比ZD1高的同時(shí)，ZD1進(jìn)行導(dǎo)通，如此一來(lái)Q2也進(jìn)行導(dǎo)通，而J1中的3電壓被一定程度上降低。為獲取具體的整改數(shù)據(jù)信息，結(jié)合A廠家電源板相關(guān)的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了相應(yīng)的測(cè)量工作，具體表現(xiàn)為ALNU及ALCA的啟動(dòng)時(shí)長(zhǎng)，與此同時(shí)，針對(duì)B廠家電源板在啟動(dòng)時(shí)長(zhǎng)方面進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整和優(yōu)化。

對(duì)于以上內(nèi)容進(jìn)行分析后，筆者制定和實(shí)施了相應(yīng)的調(diào)整和優(yōu)化方案：要使得Q2導(dǎo)通時(shí)間適當(dāng)?shù)玫窖娱L(zhǎng)，就要將C1電容受承受的電壓在提高時(shí)間上變緩，而C1電容是利用R16完成充電，那就要對(duì)R16的阻值進(jìn)行相應(yīng)的改變，將22kΩ轉(zhuǎn)變?yōu)?00kΩ，在啟動(dòng)時(shí)間上從原有的220ms變化為570ms。本次的調(diào)整和優(yōu)化方案在安全性上存在保障，且具備一定的合理性和可行性，未對(duì)牽引控制單位的其他相關(guān)功能造成影響。

4 驗(yàn)證工作

4.1 驗(yàn)證方法

在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，要對(duì)以上的數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行合理的驗(yàn)證，針對(duì)相應(yīng)的驗(yàn)證計(jì)劃，本文提出了以下幾點(diǎn)：找出原有存在故障的相應(yīng)機(jī)箱，將指示燈異常的現(xiàn)象在其中進(jìn)行復(fù)現(xiàn)，對(duì)電源啟動(dòng)時(shí)序完成相關(guān)測(cè)試，從而合理驗(yàn)證上述的參數(shù)分析等方面。在這個(gè)存在故障的機(jī)箱中，把ALNU進(jìn)行更換，換為調(diào)整優(yōu)化后的ALNU，而后進(jìn)行細(xì)致觀察，觀察內(nèi)容主要包括通電后指示燈是否正常，接著對(duì)電源啟動(dòng)時(shí)序進(jìn)行相應(yīng)測(cè)試，最后針對(duì)變流柜高壓進(jìn)行相應(yīng)測(cè)試，以此來(lái)對(duì)調(diào)整優(yōu)化方案進(jìn)行驗(yàn)證，看其是否具備有效性。對(duì)于A、B廠家生產(chǎn)的電源板，進(jìn)行相關(guān)組合，得到四種組合形式，對(duì)通電后指示燈的狀態(tài)進(jìn)行細(xì)致觀察，同時(shí)對(duì)電源啟動(dòng)時(shí)序進(jìn)行測(cè)試，以此來(lái)對(duì)調(diào)整優(yōu)化方案進(jìn)行驗(yàn)證，看其是否具備可靠性。

4.2 最終驗(yàn)證結(jié)果

按照上述驗(yàn)證方法，進(jìn)行相關(guān)的驗(yàn)證工作，通過(guò)相應(yīng)的測(cè)試可以得出，以上驗(yàn)證計(jì)劃全部得到有效滿足，這也就極大程度上證明了本次調(diào)整優(yōu)化方案的可行性和有效性。

4.3 驗(yàn)證結(jié)果分析

結(jié)合最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，最初的指示燈狀態(tài)異常問(wèn)題找到了最根本的成因，就是因?yàn)锳LNU啟動(dòng)時(shí)間相比ALCA較低。在這一基礎(chǔ)上，研究發(fā)現(xiàn)ALNU的啟動(dòng)時(shí)間若是高于ALCA的話，出現(xiàn)的問(wèn)題就能夠得到解決。通過(guò)本次試驗(yàn)的相關(guān)數(shù)據(jù)可以了解到，因?yàn)锳廠家生產(chǎn)的電源板在單機(jī)和系統(tǒng)測(cè)試中所表現(xiàn)出來(lái)的差異較大，就造成了依照50%裕度設(shè)定的限制數(shù)值變得較小，A廠家生產(chǎn)的電源板ALCA的啟動(dòng)時(shí)間最大值不超過(guò)700ms，為了日后在混合使用上不在出現(xiàn)此類異常，將B廠家生產(chǎn)的ALNU電源板的啟動(dòng)時(shí)間限制在850±100ms，ALCA電源板啟動(dòng)時(shí)間限制為200±100ms。在此情況的基礎(chǔ)上，增加裕度對(duì)測(cè)試進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，為了給啟動(dòng)時(shí)序提供充足的余量，根據(jù)上述的啟動(dòng)時(shí)間限制，對(duì)ALNU內(nèi)的R16在阻值上進(jìn)行調(diào)整和設(shè)定，從之前的100kΩ調(diào)整為180kΩ，而后對(duì)上電時(shí)序依照上述試驗(yàn)方法重新進(jìn)行測(cè)試，最終測(cè)得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)為790ms，而限制時(shí)間的數(shù)值為850±100ms，因此，滿足限制值，且牽引控制單位一切功能均為正常，可以平穩(wěn)有效進(jìn)行相關(guān)工作。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文先對(duì)指示燈異常問(wèn)題進(jìn)行了描述，而后針對(duì)問(wèn)題對(duì)異常出現(xiàn)的原因進(jìn)行了探討，而后在具體的調(diào)整和優(yōu)化試驗(yàn)中，對(duì)ALNU充電電阻R16進(jìn)行了相應(yīng)調(diào)整，最終的試驗(yàn)效果較為明顯，未對(duì)牽引控制單位其他方面的功能產(chǎn)生不必要的影響。通過(guò)本次的研究和分析，筆者認(rèn)為在電源板采購(gòu)方面，需要對(duì)相關(guān)廠家做出明確規(guī)范，保證電源板啟動(dòng)時(shí)間可以滿足相關(guān)要求，與此同時(shí)，電源板廠家應(yīng)該進(jìn)行和完善相關(guān)的啟動(dòng)時(shí)序測(cè)試和研究。為了能夠有效避免此類問(wèn)題的再次出現(xiàn)，在牽引控制單位的相關(guān)測(cè)試中要重點(diǎn)關(guān)注電源啟動(dòng)時(shí)序這一項(xiàng)。在對(duì)電源板進(jìn)行收貨驗(yàn)收時(shí)，還應(yīng)該通過(guò)合理的抽樣檢測(cè)方法對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行相關(guān)檢測(cè)，以保證此類問(wèn)題不再出現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張一任.HXD1型電力機(jī)車牽引電機(jī)的主要故障仿真及分析[D].華東交通大學(xué)，2017.

[2]馬中云，郭鵬飛，王海棋.HXD1型電力機(jī)車電機(jī)隔離故障技術(shù)分析與研究[J].鐵道機(jī)車與動(dòng)車，2016（9）：43-44.

[3]彭少澤.基于HXD1型電力機(jī)車操作過(guò)電壓分析及抑制研究[D].西南交通大學(xué)，2016.

[4]關(guān)廣科.HXD1型電力機(jī)車牽引電機(jī)后防護(hù)蓋螺栓竄出故障分析[J].太原鐵道科技，2012（4）：16-19.

[5]藏銳鋒，王志強(qiáng)，劉帆.HXD1型電力機(jī)車牽引通風(fēng)機(jī)異音分析及改進(jìn)探討[J].太原鐵道科技，2011（3）：10-13.

[6]張曙光.HXD1型電力機(jī)車[M].北京中國(guó)鐵道出版社，2009.