HXD2C型电力机车充电机组原理及故障分析

HXD2C型电力机车充电机组原理及故障分析

原胜军崔启超丁旸

（中车大同电力机车有限公司山西省大同市037038）

摘要：HXD2C型机车是7200KW六轴交流传动电力机车，其充电机组主要有两个部分的功能，一个是为机车内部电器提供控制电压，即充电机功能，另外一个功能是针对110V输出和24V输出进行一定的低压配电。在运用过程中，通过读取显示屏信息，可有效对故障进行处理。

关键词：机车；充电机组；故障修复

一、问题背景

HXD2C型电力机车是中车大同电力机车有限公司生产的6轴大功率（7200kW）交流传动货运电力机车，集成了当今世界大功率交流传动电力机车的高端和前沿技术。其具体特点包括：模块化设计、以维修为导向的设计和全寿命周期管理、独特的防腐防锈技术、耐低温原材料的选用等，可满足中国铁路干线货运牵引的要求。该机车自运用以来，受到客户的一致好评，是各机务段的货运主力车型，但近期出现一些充电机组故障现象。

二、HXD2C型电力机车充电机组概述

1、功能及用途

充电机组系统由4个110V充电模块、2个24V模块和一个监控单元组成，统一安装在机箱的上半部分。每个充电模块为110Vdc/22.5A，即电源柜的总容量为110Vdc/90A。110V充电模块采用高频开关稳压方式，将单相交流220V输入电压变换成隔离的直流110V输出电压以满足蓄电池充电、设备使用等要求。4个相对独立的110V充电模块并联输出，并保证了输出的均流，使得该电源柜完全不同于传统的集中式电源柜：第一，模块式组合电源柜大大延长了平均故障间隔时间，部分模块的损坏不会导致整个充电机瘫痪，提高了充电系统的可靠性；第二，模块式组合电源柜可缩短平均修复时间，维修方便，只需更换故障模块。DC/DC模块将输入的110V同样经过高频开关稳压方式输出DC24V,内部有两个相对独立的转换系统，这两个系统同样是并联输出，单个模块的功率为400W，可满足机车上24V负载的使用，两个转换系统互为热备份，提高了工作的可靠性。此外监控单元将主要负责对110V模块、24V模块进行管理，提供状态显示、故障记录、故障查询、充电管理等功能。

2、技术参数说明：

1）输入电压：AC220V+25%-30%50Hz；

2）输出电压；

(1)浮充电压：DC108V±1%；

(2)均充电压：DC115.2V±1%；

3)24V稳定电压：26V±10%；

4)控制电压：DC110V+25%-30%；

5）标称输出电流：90A；

6)额定输出功率；

(1)DC110V输出功率：4×2.5kW；

(2)DC24V输出功率：2×400W；

7）防护等级：IP20；

3、部件说明

1）AC/DC充电模块

充电模块TGY110-A1将单相220V交流电变换为隔离的110V/22.5A直流电，并且可以通过多模块的并联以达到增强输出电流和增强系统可靠性的目标。

2）DC/DC变换模块

直流变换器TGY24-D4将110V直流电变换为隔离的26.5V/15A直流电，通过并联以达到热备份、提高可靠性的目标。

3）监控单元

监控单元对电源柜进行监控、管理、显示。对蓄电池进行充电管理。电源柜充电机部分的充电方式分为限流充电，快速充电和浮充电三种模式，其中限流充电和快速充电均属于均充模式。出厂时均充电压设定为115.2V，浮充电压设定为108V。当监控模块检测到蓄电池电压放电到低于100V，电源柜将工作在快速充电状态，并且限制充电电流为35A；随着充电过程的持续，充电电压升高，最大输出电压将稳定在115.2V，继续充电过程当充电电流小于3.5A时，将控制电源柜就转为浮充电状态，输出电压为108V。对充电器的各种工作状态、参数和故障进行显示。

4）故障说明

电源柜柜内的故障信号通过无源触头将各种故障信息发送到外部，电源柜共设置了充电机状态、充电机故障、DC24V模块故障、控制电压低于89V告警、控制电压低于77V告警共5个状态信号报警。5个输出信号的无源触头一端内部已经短接并接到XT1的第3位上，具体的故障定义说明如下：

连接器20芯XS-BCH02:H1点位为110V充电机状态信号，AC/DC模块至少一个模块损坏时触点断开，正常时触点闭合。此时该电源柜剩余的没有故障的模块仍能正常工作。

连接器20芯XS-BCH02:G2点位110V充电机故障信号，AC/DC模块至少两个模块损坏时触点断开，正常时触点闭合。此时该电源柜剩余的没有故障的模块仍能正常工作。

连接器20芯XS-BCH02:H2点位为DCDC模块故障信号，DC/DC模块故障信号，DCDC模块中至少一个转换系统故障时断开，反之触点闭合。

连接器20芯XS-BCH02:LM2点位为控制电压低于89V报警型号，当监控模块检测到控制电压低于89V时断开，反之触点闭合。

连接器20芯XS-BCH02:LM1点位为控制电压低于77V报警型号，当监控模块检测到控制电压低于77V时断开，反之触点闭合，并且断开输出直流接触器。

三、HXD2C型电力机车充电机组故障处理

电源柜具有完善的故障诊断功能，通过电源柜的监控模块可以很方便地知道电源柜的工作状态和故障信息。当电源柜正常工作时，监控模块将在显示屏状态界面最下面一栏中滚动指示目前的故障信号。

因此当电源柜不能正常工作时，请先观察监控模块的显示信息，然后根据所指示的不同故障信息进行相应的故障处理，详见故障处理表。

四、分析和总结

HXD2C型电力机车充电机组当网压出现波动时，或出现突变时，此输入电压峰值将会更高，由此导致输入整流桥损坏。在后续过程中建议一是改善铁路电网供电品质，二是充电机组模块设置保护值，超过保护值范围触发保护，正常后可自动恢复。三是充电机单相220V不采用从机车主变压器上的副绕组直接取，采用从中间回路取，减少谐波造成的影响。