湯武平

(中國鐵路廣州局集團有限公司 株洲機務(wù)段， 湖南株洲 412004)

株洲機務(wù)段配屬的HXD1C型機車主要擔(dān)當(dāng)京廣線上株洲—江村區(qū)段的貨物列車牽引任務(wù)。自2016年以來，C5修后的HXD1C機車牽引電機6A復(fù)合傳感器安裝孔(測點)位置優(yōu)化后，機車上線運行中電機軸承溫升報警故障增多，通過調(diào)整報警門限值后故障得到了控制。2017年12月份中旬以來，隨著氣溫的下降，該故障呈上升趨勢，而且只要是C5修后的HXD1C機車在承擔(dān)行包快運及臨客牽引任務(wù)時，大多都會出現(xiàn)牽引電機溫升報警現(xiàn)象，由此導(dǎo)致機車故障或D21事故頻發(fā)。隨著2018年春運臨近、擔(dān)當(dāng)臨客牽引任務(wù)量的驟增，為確保春運運輸生產(chǎn)組織正常，消除HXD1C機車牽引電機軸承溫升報警故障刻不容緩。

1 故障原因分析

1．1 牽引電機6A復(fù)合傳感器安裝孔(測點)位置改變

2016年前，株洲機務(wù)段配屬的HXD1C機車牽引電機6A復(fù)合傳感器安裝孔(測點)是在電機的端蓋上，距離軸承較遠。為加強走行部的安全監(jiān)控，按中國鐵路總公司要求，自2016年開始HXD1C機車C5修時，對牽引電機6A復(fù)合傳感器安裝孔(測點)位置進行優(yōu)化，安裝在離牽引電機軸承外圈僅相距10 mm的位置。優(yōu)化后的測點對軸承溫度的敏感性更高、更準確，幾乎完全接近牽引電機兩端軸承的實際溫度，因此檢測到的電機軸承溫升值比以前升高，導(dǎo)致溫升報警故障增多。

2016—2017年期間，針對HXD1C機車C5修后牽引電機6A復(fù)合傳感器安裝孔(測點)位置改變(如圖1所示)、溫升報警故障多的現(xiàn)象，株洲機務(wù)段聯(lián)合廠方對多臺故障電機跟蹤檢測分析。發(fā)現(xiàn)電機軸承測溫孔位置改變后，新測點溫度相對高24 K，電機的軸承溫升超55 K，但軸承的最高溫度有些還小于75 ℃，且6A在線振動檢測及頂輪檢測合格，軸承狀態(tài)良好。為保障機車運用及牽引電機軸承運行的可靠性，經(jīng)廠方反復(fù)跟蹤驗證，對6A軸溫溫升報警、超溫報警的門限值進行了調(diào)整，由原來的55 K、90 ℃，分別修改為D端80 K、120 ℃，N端75 K、105 ℃，參數(shù)修改后溫升報警現(xiàn)象得到一定控制，但冬季機車牽引運行速度高時，溫升報警故障仍頻繁出現(xiàn)。

圖1 JD160A電機新/老6A測溫孔

1．2 牽引風(fēng)機控制方式影響牽引電機軸承的散熱冷卻

HXD1C機車6臺牽引電機分別由6臺牽引風(fēng)機強迫通風(fēng)冷卻，在正常工況下，牽引風(fēng)機由輔助變流器1供電，輔助變流器1的工作模式為變壓變頻(VVVF)，輸出電壓、頻率的關(guān)系如圖2所示。其供電頻率根據(jù)通風(fēng)的要求在10～60 Hz之間可調(diào)，通風(fēng)的要求由主變流器水循環(huán)溫度、主變壓器油循環(huán)溫度和牽引電機溫度3個因素決定。

圖2 輔助變流器1輸出電壓、頻率的關(guān)系

夏季因氣溫高，牽引電機溫度及冷卻系統(tǒng)循環(huán)的水、油溫度相對較高，輔助變流器1供電頻率和輸出電壓較高，牽引風(fēng)機滿頻運行下，轉(zhuǎn)速高，對牽引電機軸承的冷卻效果較好，溫升報警現(xiàn)象不多。冬季氣溫低于5 ℃ 時，主變流器水循環(huán)溫度、主變壓器油循環(huán)溫度和牽引電機溫度相對較低，由此控制的輔助變流器提供給牽引風(fēng)機的供電頻率、電壓一般在20 Hz、110 V左右，牽引風(fēng)機轉(zhuǎn)速低，對牽引電機軸承的冷卻效果較差，因此相同牽引工況下電機軸承溫升相比夏季要高。同時因環(huán)境溫度低，當(dāng)電機軸承溫度達到75 ℃～80 ℃左右時，即會引發(fā)溫升報警。

1．3 機車運行速度高的影響

株洲機務(wù)段配屬HXD1C型機車在擔(dān)當(dāng)貨物列車牽引任務(wù)時，因列車運行速度不超過80 km/h，軸承溫升報警故障相對較少，一旦機車擔(dān)當(dāng)行包快運及臨客牽引任務(wù)時，列車速度達100～120 km/h，隨著電機轉(zhuǎn)速升高，軸承發(fā)熱量變大。同時自2017年12月中旬以來，湖南省內(nèi)氣溫在0 ℃～3 ℃的情況較多，與2016年同期相比溫度低，輔助變流器的供電電壓和頻率也低，牽引風(fēng)機轉(zhuǎn)速慢、供風(fēng)不足，電機軸承通風(fēng)散熱效果差。由此可知，在環(huán)境溫度低、機車運行速度高時，電機軸承發(fā)熱量大、通風(fēng)冷卻效果差，導(dǎo)致電機軸承溫升報警故障突出。

2 采取的措施

2018年1月針對HXD1C機車牽引電機軸承溫升報警多、軸承溫度未超過絕對溫度(D端120 ℃及N端105 ℃)、牽引電機軸承狀態(tài)良好的情況，株洲機務(wù)段聯(lián)合廠家采取調(diào)節(jié)牽引風(fēng)機控制方式的辦法，提高對牽引電機軸承散熱冷卻，以降低牽引電機軸承溫升，并在多臺機車上進行試驗驗證。

對HXD1C機車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)VCM軟件輔逆(VVVF)設(shè)定頻率輸出優(yōu)化，增加機車運行速度作為輔助變流器輸出頻率設(shè)定的因素。因 HXD1C機車牽引電機溫升報警出現(xiàn)在機車高速運行區(qū)間(70～120 km/h)，考慮極限工況，且留有一定安全余量，在機車速度從60～120 km/h時，輔助變流器1輸出頻率60 Hz、牽引風(fēng)機滿頻率運行：在機車速度大于60 km/h時，頻率從當(dāng)前頻率以6 Hz/s斜率上升到60 Hz ；在機車速度從60 km/h 降至50 km/h時，維持牽引風(fēng)機頻率60 Hz，機車速度低于50 km/h時，根據(jù)電機鐵芯溫度計算出所需要的頻率，以6 Hz/s斜率從60 Hz下降至溫度頻率曲線值。

更新HXD1C機車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)VCM程序后，在機車速度達到60 km/h以上時牽引風(fēng)機滿頻運行，相同線路和牽引工況下，牽引電機軸承溫度比以前下降了10 ℃～20 ℃，電機軸承溫升均控制在70 K以下。

3 可行性分析

為防止HXD1C輔變輸出頻率設(shè)定更改后，變流器冷卻水溫度發(fā)生變化，對IGBT壽命造成影響。我們選取了程序修改前后的機車運行數(shù)據(jù)進行對比分析，發(fā)現(xiàn)修改程序后，輔變輸出頻率長期處于60 Hz，這導(dǎo)致冷卻水溫度在未持續(xù)大功率牽引時，比未修改程序前低5 ℃左右；程序修改前最低進水口溫度和最高進水口溫差ΔT為9 ℃，修改后溫差ΔT為14 ℃，根據(jù)進水口溫度推斷出散熱器臺面溫度、IGBT殼溫以及IGBT結(jié)溫，可知對IGBT的結(jié)溫和殼溫的絕對值影響較小，溫度波動相差5 ℃。根據(jù)IGBT結(jié)溫和殼溫的絕對值以及波動量，結(jié)合試驗室IGBT功率循環(huán)和溫度循環(huán)曲線，可以定性評估更改程序后，等效功率循環(huán)和溫度循環(huán)壽命雖略有變化，但基本上不影響變流器模塊的應(yīng)用壽命。

4 結(jié)束語

2018年2月初，在經(jīng)過多臺車上線試驗并對方案進行可行性分析論證后，對株洲機務(wù)段配屬的C5修后的HXD1C機車全部更新了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)VCM程序， 近1個月以來使用效果良好，在春運期間擔(dān)當(dāng)臨客牽引任務(wù)時，株洲機務(wù)段配屬的170多臺HXD1C機車消滅了軸承溫升報警故障，確保了春運期間臨客的運輸安全。