導(dǎo)讀] HXD2B 型交流傳動1

1、導(dǎo)讀HXD2B型交流傳動貨運電力機車是中國鐵路干線貨運主型機車之一。徐州機務(wù)段江蘇徐州221140摘要：本文總結(jié)了如何通過分析機車數(shù)據(jù)來判斷HXD2B型機車牽引電機隔離故障的原因，并給出了隔離故障的處理方法。關(guān)鍵詞：HXD2B型機車；牽引電機；隔離；處理。1. 問題的提出HXD2B型交流傳動貨運電力機車是中國鐵路干線貨運主型機車之一。該型機車由中國北車集團大同機車有限責(zé)任公司與法國阿爾斯通公司聯(lián)合研發(fā)，其設(shè)計以阿爾斯通PRIMA6000機車為原型車，采用CO-CO軸式、中間走廊、整體獨立通風(fēng)系統(tǒng)，分布式微機控制系統(tǒng)IGBT功率模塊變流器，異步牽引電動機，牽引電機采用滾動軸抱式懸掛裝置，牽引裝置

2、采用獨立軸控方式，單軸功率為1600KM，總功率為9600KM，最大運行時速達(dá)到120km/h。該機車主要針對鐵路重載運輸而設(shè)計，可實現(xiàn)單機牽引5000-6000t貨物列車。具有恒功范圍寬、軸功率大、功率因數(shù)高、諧波干擾小、維護率和全壽命運營成本低、運營安全可靠、適用范圍廣等優(yōu)點。徐州機務(wù)段目前有40臺HXD2B型機車，主要承擔(dān)著徐州至連云港之間的貨運交路。在日常的運用中，牽引電機隔離故障，對機車的正常運行有一定的影響。因此，對牽引電機隔離故障的原因進(jìn)行分、總結(jié)，有著重大的意義。及時、準(zhǔn)確的對產(chǎn)生的故障進(jìn)行判斷和處理，更是保證機車的正常運行的必要措施。2. 機車電氣系統(tǒng)原理2.1 主電路及結(jié)構(gòu)

3、HXD2B型電力機車的牽引電傳動系統(tǒng)主要是由網(wǎng)側(cè)電路、主變壓器、牽引變流器和牽引電機組成。整個系統(tǒng)采用單軸獨立控制方式，通過交直交變流技術(shù)對牽引電機進(jìn)行牽引和再生制動控制，采用FIP網(wǎng)絡(luò)與機車其他設(shè)備進(jìn)行通信。全車共有6套相同的變流器電路裝置，每套牽引變流器裝置包括一個四象限整流電路、一個中間電路（預(yù)充電電路、二次濾波電路、電壓抑制電路、接地電路、安全放電電路）和一個三相逆變輸出電路，在電路中接有多個電壓和電流傳感器，對各種信息進(jìn)行采集，傳輸給TCU、MPU、RIOM,經(jīng)過它們之間計算處理，做出各種正確的決定，為相關(guān)的控制和保護電路提供實時信號，主變流器原理如下圖2-1所示：2-1主變流器原理

4、圖主變壓器牽引繞組輸出了2100V的交流電壓，通過整流器輸出3775V的直流電，在整流器之后加有支撐電容，支撐電容除了在預(yù)充電電路中的作用外，還主要起到吸收中間電路紋波的作用，使得四象限整流器與逆變器之間實現(xiàn)平衡。在四象限整流器整流后，輸出的直流電還帶有部分諧波，這對后面的三相逆變器不利，所以再次通過二次濾波器將其濾除。二次濾波器由LC串聯(lián)諧振電路組成，并聯(lián)于中間直流電路。三相逆變電路，用于將中間電路的DC3775V電壓通過調(diào)制控制，變換為電壓和頻率可變的三相交流電輸出，為牽引電機提供三相交流電源，實現(xiàn)三相異步牽引電機的速度特性控制。2.2 輔助電路輔助電源取自2軸、3軸、4軸、5軸共四條牽引

5、變流器裝置的中間直流電路，進(jìn)入對應(yīng)的輔助變流器SCV1、SCV2、SCV3、SCV4,經(jīng)過輔助變流器轉(zhuǎn)變成380V的交流電源，這些輔助變流器分別有對應(yīng)的控制單元（ACU1、ACU2、ACU3、ACU4）控制。輔助變流器主要由輸入電路、中間電路和輸出電路組成，如下圖2-2所示。其中輸入電路主要由輸入熔斷器、電壓傳感器等組成；中間電路主要由三相逆變器及輸出電流互感器組成；輸出電路主要由三相隔離變壓器、濾波器及電流互感器、輸出接觸器和故障切換接觸器等組成。囤2-2輔助變流器原理圖輔助變流器SCV2、SCV4轉(zhuǎn)換出的電源為變壓變頻型（VVVF）；SCV1、SCV3轉(zhuǎn)換出的電源為定壓定頻型（CVCF）。

6、3. 典型的牽引電機隔離故障判斷及處理在日常的運用中，牽引電機隔離是發(fā)生的最為頻繁的故障，對機車的正常運行有一定的影響。因此，我們對機車產(chǎn)生故障的原因進(jìn)行分析，對產(chǎn)生的故障點進(jìn)行判斷和處理，并加以總結(jié)，保證機車的質(zhì)量。下面對幾種典型的牽引電機的隔離故障進(jìn)行詳細(xì)的分析。3.1 牽引電機接線盒進(jìn)水2015年11月9日，2B-43機車運行中出現(xiàn)牽引電機隔離，機車回段后，下載機車運行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，顯示故障代碼如下：DA_RETSOND:lnverterIGBT（static）,即逆變器IGBT靜態(tài)；DM_ISOESS：Motor5isolation，電機5隔離。IGBT是整流和逆變模塊中的基本元件，I

7、GBT其實就是一個開關(guān)，非通即斷，靠柵源極的電壓來控制通斷狀態(tài)，加正壓時IGBT導(dǎo)通，加負(fù)壓或者不加電壓時IGBT關(guān)斷。此處逆變器IGBT靜態(tài)指的是逆變器中的IGBT元件短路，可通過查看故障代碼的參數(shù)來判斷故障，故障語句中各參數(shù)含義如下表3-1所示：rr俚表3-1IGBT參數(shù)說明此處故障語句中的參數(shù)值為：e_ip_h1ond=1、e_ip_b1ond=0、e_ip_h2ond=1、eP_b2ond=0、e_ip_h3ond=1、e_ip_b3ond=0,即逆變器三個橋臂在工作中都有一個不運行，考慮到OND模塊與OND-H同時故障的可能性不大。上車對故障進(jìn)行排查，在排查的過程中打開牽引電機的接線

8、盒時，發(fā)現(xiàn)第5牽引電機的接線盒中進(jìn)水，擦干積水并晾干后，恢復(fù)接線盒蓋，做試驗電機未隔離，下載數(shù)據(jù)分析后數(shù)據(jù)良好，于是我們斷定此故障是電機受潮所致。在陰雨天氣里經(jīng)常出現(xiàn)此類的電機隔離故障，經(jīng)過大量的數(shù)據(jù)分析、故障處理總結(jié)，驗證了此判定的正確性。電機受潮一般是由于機車機械間內(nèi)漏雨，水順著牽引電機大線流入電機接線盒內(nèi)造成的，對于此類故障的出來方法是：打開牽引電機接線盒，擦干積水并晾干，恢復(fù)接線盒蓋，修復(fù)機械間內(nèi)漏雨處。3.2 模塊故障主變流器中的模塊有TCU、整流模塊（CVE）和逆變模塊（OND/OND-H）,這些模塊都經(jīng)常出現(xiàn)故障.（1）OND-H模塊故障2016年1月3日，機車2B-36牽引電機

9、1隔離后，下載機車數(shù)據(jù)分析，顯示故障代碼如下：DA_DFUHR:DCLinkovervoltage即直流鏈路過壓,DM_ISOESS1：Motor1isolation，電機1隔離。該故障表明主變1的母線過電壓（UF>2200V）,導(dǎo)致電機1隔離。由圖2-2主變流器原理圖，我們可以知道，在主電路的直流電路中有一個中間電壓傳感器CA（U）OND，用于主電路的電壓監(jiān)測。此處直流鏈路過壓就是依據(jù)此電壓傳感器的所測電壓值。根據(jù)該故障語句的參數(shù)可以看出：軸1的總線電壓為：a_uond1>3200,與其他軸相比較軸1的總線電壓確實偏高。通過學(xué)習(xí)牽引變流器可知，在牽引變流器的直流電路中，有一個電壓

10、抑制電路用以保護功率模塊，該電路由IGBT元件和過壓抑制電阻R-H等組成，該電路根據(jù)中間電路電壓的波動和過壓情況控制IGBT元件的通斷，將過電壓能量通過過壓抑制電阻消耗掉，從而將中間直流電壓抑制在規(guī)定范圍內(nèi)。因此，對于此故障的處理方法是：首先上車對主變柜1中的各模塊進(jìn)行外觀、接線的檢查；若外觀良好，交換TCU,若故障轉(zhuǎn)移，則可以確定是TCU故障引起的電機隔離；若故障不轉(zhuǎn)移，則首先懷疑OND-H模塊，交換OND-H模塊，看故障是否轉(zhuǎn)移。以此依次排除各模塊，直至找出故障點。在排查的過程中，當(dāng)將主變柜1的OND-H模塊與主變柜3的OND-H交換后，電機3隔離，下載數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，故障轉(zhuǎn)移，由此斷定此故

11、障時OND-H模塊故障，更換后試驗良好，試驗數(shù)據(jù)未顯示故障代碼。（2）CVE模塊故障2016年3月2日，2B-140機車出現(xiàn)牽引電機6隔離，分析數(shù)據(jù)故障代碼如下：ME_ODJPMCF:OuverturerapidePMCF即PMCF保護裝置是主斷斷開；DA_RETDICE:SFIGBTCVEnongatedriving即整流器IGBT無驅(qū)動。整流器是由4個IGBT元件組成，此處，數(shù)據(jù)上顯示整流器IGBT元件的狀態(tài)為：上橋臂1整流器IGBT狀態(tài)：d_dyn_h1pmcf=1（運行）、下橋臂1整流器IGBT狀態(tài)：d_dyn_b1pmcf=0（未運行）、上橋臂2整流器IGBT狀態(tài)：d_dyn_h2p

12、mcf=0（未運行）、下橋臂2整流器IGBT狀態(tài)：d_dyn_b2pmcf=0（未運行）、由此可知，整流器M模塊處于故障狀態(tài)，由以上的現(xiàn)象，可以判斷出主變的整流模塊故障的概率較大，其次是過壓抑制電路的故障（OND-H模塊故障）。對于此類故障，我們在檢修的過程中，首先檢查主變的整流、逆變模塊的外觀是否有過熱燒損、炸裂等現(xiàn)象；若外觀良好，將出現(xiàn)故障的主變的整流模塊與良好的主變的整流模塊互換，做機能試驗，下載數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。若轉(zhuǎn)移則可以確定故障模塊，并更換故障的模塊，若不轉(zhuǎn)移則排除了懷疑的模塊。（3）TCU故障2015年12月4日，2B-38機車出現(xiàn)牽引電機5隔離，下載數(shù)據(jù)分析顯示故障代碼如下：DA_

13、IOCAN:DefautabsencecarteI/OCAN即CANI/O口的不存在故障；DA_RSDMC:DirectionfailureTCU即TCU方向故障；此故障很明顯可以判斷出是牽引控制單元TCU故障。對于此類故障的處理方法是：上車檢查主變控制單元TCU，在VIS卡上的LED的幫助下檢查插入式單元電源的狀態(tài)；檢查由插入式單元提供的15V和24V是否存在網(wǎng)絡(luò)上的短路；檢查故障持續(xù)燈SFLLED是否點亮；將TCU5與其他控制單元交換，做技能試驗后下載機車數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，故障轉(zhuǎn)移更換牽引控制單元TCU。3.3接觸器類故障（1）牽引風(fēng)機接觸器接觸器類故障是電機隔離故障中經(jīng)常見到的原因之一，此類

14、故障，數(shù)據(jù)上的故障代碼常見的有：DA_CVTM2:C-VT-MT2contactorfault，即牽引電機2通風(fēng)機接觸器故障；DA_VMT:Tractionmotorventilationfault牽引電機通風(fēng)故障。牽引電機通風(fēng)機是給牽引電機通風(fēng)散熱的，當(dāng)通風(fēng)機的接觸器出現(xiàn)故障無法吸合時，牽引電機通風(fēng)不良，系統(tǒng)將隔離牽引電機。牽引電機風(fēng)機接觸器故障有兩種情況，一是接觸器卡滯，本身存在故障，此時只需要更換接觸器；另一種是風(fēng)機的熱保護器跳開，使得接觸器不得電無法閉合，從而對風(fēng)機的過流和三相不平衡起到保護作用。對于此故障的處理方法是：上車檢查牽引電機的熱繼電器是否跳開，并恢復(fù)，并檢查接觸器接線、外觀

15、是否有燒損現(xiàn)象，若有，測量牽引電機通風(fēng)機三相是否平衡；檢查接觸器控制電路有無松脫、虛接、破損現(xiàn)象，若有及時更換接觸器或修復(fù)電路。故障處理完成后進(jìn)行機能試驗后，下載機車數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確保機車良好。(2)預(yù)加載接觸器故障2015年11月12日，機車2B-45出現(xiàn)電機1隔離，下載數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，故障代碼顯示為：DA_CPCPMO:C(PC)PMCFlockedopen,即預(yù)加載接觸器未閉合。正常工作時，應(yīng)先閉合預(yù)充電接觸器C(PC)PMCF,通過預(yù)充電電阻R(PC)PMCF為支撐電容CAP-CVE充電；然后再閉合工作接觸器C(IS)PMCF為四象限整流器CVE提供電源，避免了合閘瞬間造成的大電流沖擊。

16、當(dāng)預(yù)加載接觸器故障，沒有動作時，系統(tǒng)會將電機隔離。對于此類故障的處理是：上車檢查預(yù)加載接觸器有無過熱、燒損、破損現(xiàn)象。檢查周圍接線有無松動，并更換故障的預(yù)加載接觸器，進(jìn)行機能實驗后，下載數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確保故障得以處理。3.4 傳感器類故障傳感器故障也是經(jīng)常見到的電機隔離故障原因之一，牽引電機出現(xiàn)隔離故障后，下載數(shù)據(jù)分析，顯示如下故障代碼：scvinputovervoltage(ACU2)即scv輸入過壓；DC_ISAUX2：ACU2isolated即ACU2隔離；DM_ISOESS3：Motor3isolation，電機3隔離。根據(jù)故障代碼可以斷定，由于SCV輸入過壓導(dǎo)致輔變3隔離，致使電機3

17、隔離。對于此類故障，首先測量輔變2的電壓傳感器CA(U-ENT)CVSC2,若電壓傳感器故障，證明SCV輸入過壓是電壓傳感器誤報，只需更換電壓傳感器；若良好，再對逆變模塊、控制單元ACU、線路進(jìn)行排查。3.5 系統(tǒng)通風(fēng)不足系統(tǒng)通風(fēng)不足，也是電機隔離故障的常見原因，電機出現(xiàn)隔離后，下載數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，顯示故障如下：coolingairflowtoolow即冷卻空氣流量低，；DM_AIRFLOW3即輔變3風(fēng)流量低；DC_ISAUX3：ACU3isolated即ACU3隔離；DM_ISOESS4：Motor4isolation，電機4隔離。由故障代碼可以斷定，因為輔變的風(fēng)流量低，輔變被隔離，導(dǎo)致電機被隔離。全車共有兩個輔助變流柜，每個輔助變流柜有兩組變流器，兩組變流器分別由兩個通風(fēng)機進(jìn)行通風(fēng)散熱。若通風(fēng)不足，將造成輔助變流器散熱不良，溫度升高，造成輔變的隔離。造成通風(fēng)不良的原因有多個，可能是風(fēng)機本身故障、通風(fēng)口被堵或者傳感器測量出錯。因此，對于此類故障主要處理方法有