王建強(qiáng)，馮彥凱，楊 健

（中國(guó)鐵路北京局集團(tuán)有限公司，北京 100860）

造成機(jī)車蓄電池虧電的原因有多種，如ATU 故障、PSU 故障、線路干擾故障、蓄電池故障、操作使用不當(dāng)?shù)?。因此，?dāng)發(fā)現(xiàn)蓄電池電壓低時(shí)，應(yīng)在確認(rèn)機(jī)車牽引控制回路無故障的情況下，進(jìn)行分析處理。如果檢修人員在機(jī)車整備作業(yè)中或乘務(wù)員在機(jī)車運(yùn)行中能及時(shí)發(fā)現(xiàn)蓄電池虧電的初期表現(xiàn)形式，采取必要的防止措施，便能夠減少機(jī)車因蓄電池虧電造成故障、機(jī)破、堵塞區(qū)間的情況。

蓄電池充電器是電力機(jī)車重要電氣部件之一，主要用于給機(jī)車蓄電池充電，另外提供直流110V電源用于機(jī)車的控制系統(tǒng)，其內(nèi)部擁有兩組完全相同的電源模塊Power Supply Unit（簡(jiǎn)稱PSU）,應(yīng)用IGBT 元件。通常情況只有一組處于工作狀態(tài)，當(dāng)故障時(shí)另外一組會(huì)啟動(dòng)，繼續(xù)供電。PSU 性能好壞會(huì)直接影響到機(jī)車正常的運(yùn)行。針對(duì)蓄電池充電器PSU 頻繁報(bào)故障，進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，有針對(duì)性改造，可提高其質(zhì)量特性。

1 機(jī)車蓄電池虧電時(shí)表現(xiàn)特點(diǎn)

機(jī)車蓄電池虧電故時(shí)，在機(jī)車運(yùn)用中不是突然發(fā)生的。在蓄電池虧電初期，可通過LV 柜蓄電池電壓表或司機(jī)室控制電壓表和微機(jī)屏觀察虧電情況，也可通過機(jī)車故障信息屏，發(fā)現(xiàn)蓄電池虧電的表現(xiàn)形式。如沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理，蓄電池就會(huì)因虧電造成機(jī)車控制系統(tǒng)癱瘓，TCMS 執(zhí)行低電壓保護(hù)，故障顯示屏?xí)@示“DC110V 運(yùn)轉(zhuǎn)停止”。此時(shí)無論采取何種方法，均不能繼續(xù)充電。機(jī)車蓄電池故障后信息顯示屏顯示故障過程（N=1；2；3；4；5；6）如圖1 所示。

圖1 顯示屏顯示故障過程

2 防止HXD3 電力機(jī)車蓄電池虧電的措施

2.1 整備機(jī)車作業(yè)時(shí)

1）整備機(jī)車作業(yè)時(shí)，作業(yè)人員可檢查并記錄機(jī)車蓄電池的電壓和PSU 裝置充電的電壓值，輕載試驗(yàn)的蓄電池放電狀況，查看機(jī)車故障信息，試驗(yàn)PSU裝置的雙組工作轉(zhuǎn)換情況。

2）每半年一次，檢查機(jī)車蓄電池的聯(lián)接線，測(cè)量單節(jié)電池的空載電壓，檢查蓄電池箱體的漏液情況。

3）機(jī)車整備完畢、庫(kù)內(nèi)停留及短備期間，應(yīng)斷開機(jī)車總控制電源；機(jī)車臨修或改造期間，應(yīng)使用地面電源，嚴(yán)禁使用機(jī)車控制電源；機(jī)車長(zhǎng)期停放時(shí)，應(yīng)檢查蓄電池電壓，防止蓄電池虧電。

4）機(jī)車蓄電池電壓低于規(guī)定值時(shí)，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)充電。

2.2 機(jī)車運(yùn)行中蓄電池狀態(tài)的檢查

1）乘務(wù)員接班后，通過司機(jī)室網(wǎng)壓、控制電壓表，確認(rèn)機(jī)車蓄電池電壓在規(guī)定值范圍內(nèi)。

2）機(jī)車升弓合閘后，應(yīng)檢查PSU 裝置充電的電壓，額定輸出電壓為110±1%。允許在105V～110V充電狀態(tài)下運(yùn)行，最終充電電壓應(yīng)達(dá)到110V，且充電時(shí)長(zhǎng)不允許超過10min。

3）機(jī)車運(yùn)行過程中，應(yīng)注意觀察機(jī)車的控制電壓值。當(dāng)發(fā)現(xiàn)蓄電池電壓始終低干110V 時(shí)，說明PSU 裝置或蓄電池自身有故障，可關(guān)閉機(jī)車照明及其它輔助電報(bào)設(shè)備電源，減小蓄電池的負(fù)載。

4）機(jī)車運(yùn)行到分相區(qū)在斷開主斷路器之前，應(yīng)確認(rèn)機(jī)車控制電壓，機(jī)車過分相區(qū)重新合閘之后，應(yīng)再次確認(rèn)機(jī)車充電電壓。

2.3 車運(yùn)行中蓄電池虧電后的應(yīng)急故障處理

機(jī)車運(yùn)行中控制電壓低于110V 時(shí)，在確認(rèn)機(jī)車牽引無故障的情況下，從微機(jī)屏機(jī)器狀態(tài)到輔助電源，檢查PSU1 和PSU2 的工作狀態(tài)：

1）有1 組亮紅燈，另一組亮綠燈。只要充電裝置有一組顯示綠燈，就可維持運(yùn)用，注意觀察控制電壓是否繼續(xù)下降，下降可到前方車站后停車救援，如保持不變可繼續(xù)運(yùn)行。

2）有1 組亮紅燈，另一組無顯示（或2 組均無顯示）。說明PSU 裝置不能正常轉(zhuǎn)換，人為斷一次充電裝置控制電源的脫扣開關(guān)，待微機(jī)屏報(bào)警后重新通電，只要充電裝置有一組顯示綠燈，充電電壓上升就可維持運(yùn)用。如故障沒有消除，就關(guān)閉機(jī)車內(nèi)部照明電源，維持到前方車站后停車救援。

3）如果兩組全亮紅燈。首先檢查機(jī)車LV 柜充電裝置控制電源的脫扣開關(guān)有沒有跳閘；然后人為斷開主斷路器，斷開1、2 微機(jī)控制電源，斷充電裝置控制電源，重新通電后看故障是否排除，如故障沒有消除，就關(guān)閉機(jī)車內(nèi)部照明電源，維持到前方車站后停車救援。

4）機(jī)車運(yùn)行中控制電壓在105～110V 間。無論微機(jī)屏是否報(bào)警和顯示，在確認(rèn)機(jī)車牽引無故障的情況下，機(jī)車可以維持運(yùn)行，但要觀察控制電壓是否繼續(xù)下降，如保持不變可繼續(xù)運(yùn)行，如還下降可到前方車站后救援。

3 HXD3 蓄電池充電器問題分析

蓄電池充電器PSU 頻繁出現(xiàn)故障，已經(jīng)嚴(yán)重影響了機(jī)車的正常運(yùn)行，甚至更換PSU 已經(jīng)形成了常態(tài)化。由于大部分HXD3 機(jī)車已經(jīng)超過保修期，運(yùn)用部門只能購(gòu)買備件進(jìn)行替換，無形中增加了很大成本。針對(duì)此情況對(duì)PSU 模塊進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)其存在一些問題。

3.1 抗干擾能力差，無保護(hù)

驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)一定問題，抗干擾能力差，驅(qū)動(dòng)容易受到干擾，從而引起元件短路和誤導(dǎo)通，影響充電器的正常運(yùn)行。原驅(qū)動(dòng)板沒有過壓、過流保護(hù)功能，由于網(wǎng)壓波動(dòng)易造成IGBT 燒損。

3.2 工作環(huán)境惡劣，易燒損

設(shè)備長(zhǎng)期處于高溫運(yùn)行狀態(tài)，且驅(qū)動(dòng)模塊經(jīng)過環(huán)氧灌封，散熱效率較低。導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)部電容等元件提前老化，最終造成驅(qū)動(dòng)波形失真，IGBT 過流損壞。IGBT 損壞后由于柵極處于短路狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)板的工作條件進(jìn)一步惡化，最終因局部過熱造成驅(qū)動(dòng)板徹底損壞，并燒焦開裂。

4 PSU 設(shè)計(jì)改進(jìn)方案

針對(duì)HXD3 蓄電池充電器PSU 存在問題，進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)具有以下特點(diǎn)：增加IGBT 短路、過壓、過流保護(hù)功能；對(duì)輸入信號(hào)深度濾波，增強(qiáng)抗干擾能力；散熱性能良好，耐溫度系數(shù)為-40～80℃；用原裝進(jìn)口的高品質(zhì)IGBT 替換原有的IGBT，并引入額外的防浪涌器件對(duì)IGBT 及相關(guān)器件進(jìn)行保護(hù)。提高了PSU 質(zhì)量特性，能滿足機(jī)車運(yùn)用需求。驅(qū)動(dòng)板波形對(duì)比，如圖2 所示。

圖2 驅(qū)動(dòng)板波形對(duì)比

5 PSU 設(shè)計(jì)改進(jìn)前后波形對(duì)比

原機(jī)車驅(qū)動(dòng)板下的波形是不規(guī)則失真的方形波，此種波形在高頻狀態(tài)下對(duì)IGBT 是有害的，易引起元器件短路和誤導(dǎo)通，影響充電器的正常運(yùn)行，進(jìn)而影響機(jī)車運(yùn)行。通過改進(jìn)設(shè)計(jì)后，使機(jī)車鉛酸蓄電池充電電流更加接近理想的脈沖式，可使鉛酸蓄電池?fù)碛休^充分的化學(xué)反應(yīng)時(shí)間，從而減少了充電過程中鉛酸蓄電池的析氣量，提高了鉛酸蓄電池的充電電流可接受能力。

6 結(jié)束語(yǔ)

蓄電池是能夠貯存化學(xué)能量，并且在必要時(shí)放出電能的一種電氣化學(xué)設(shè)備。放電后，能夠用充電方式使內(nèi)部活性物質(zhì)再生——把電能儲(chǔ)存為化學(xué)能；需要放電時(shí)再次把化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能。電力機(jī)車的蓄電池是機(jī)車上直流電源的輔助電源，并兼作可控硅穩(wěn)壓電源的濾波原件。有效地防止HXD3 電力機(jī)車蓄電池虧電措施以及提高蓄電池充電性能，是確保機(jī)車運(yùn)行安全的關(guān)鍵因素之一。