电力机车辅助变流器故障分析与处理

电力机车辅助变流器故障分析与处理

邹吉有

中车大连电力牵引研发中心有限公司

摘要：本文分析了电力机车辅助变流器系统的结构及其故障现象，重点研究了APU2在空压机起动时发生“APU2-I不动”故障的原因。通过测量空压机起动电流和APU2输出电压，发现故障源于APU2滤波电容值衰减。更换滤波电容后，故障得到解决。最后，提出了相关预防措施，以保障机车的运行质量和可靠性。

关键词:电力机车，辅助变流器，滤波电容，空压机，故障诊断

引言

电力机车辅助变流系统是机车辅助设备供电的重要组成部分，其正常运行对机车的整体性能至关重要。辅助变流系统主要包括主变压器次边辅助绕组、辅助变流器、滤波装置及蓄电池充电机等组件。系统采用冗余设计，具有电压稳定、平衡、节能等优点。

1辅助变流器简介

电力机车辅助变流系统为机车辅助设备提供电源，是电力机车正常工作的重要组成部分，辅助变流系统采用冗余设计，主要包括主变压器次边辅助绕组、2组辅助变流器(简称APU)、2组滤波装置(LC)、辅助设备及其供电电路、蓄电池充电机(简称PSU)及其供电电路，具有电压稳定、平衡、节能、噪音低、维修简单等优点。

在正常状态下辅助变流器1(简称APU1)工作在变压变频(VVVF)模式，输出电压为0～380V，输出频率为0～50Hz;辅助变流器2(简称APU2)工作在恒压恒频(CVCF)模式，输出电压为AC380V，输出频率为50Hz，当其中一组APU故障后，另一组APU以CVCF模式(AC380V，50Hz)为全部辅助设备供电。且辅助变流器设置有输入/输出电压保护、过流/过载保护、接地保护和中间直流电压保护等，当发生故障时，相应保护装置动作。

2故障现象

电力机车机车正常工作状态下，APU2为2个空压机提供AC380V/50Hz的工作电源，通过风压检测，当机车符合泵风条件时，使空压机正常泵风工作。APU1与APU2均正常工作状态下，在空压机未起动工作时，APU2工作正常，可维持其他负载正常工作;但当任一台空压机起动泵风瞬间，微机屏提报“APU2－I不动”故障，同时APU2控制单元“封锁”，控制单元故障窗口记录“HOVD”代码，APU2停止工作，自动转换至APU1带动所有负载工作;即使空压机起动泵风瞬间、微机屏未报出“APU2－I不动”故障时，也会出现APU2瞬间停止工作、空压机停止泵风、APU2控制单元故障窗口仍记录“HOVD”代码现象;当切除任一组APU时，两组空压机可进行正常泵风工作，不再出现停止泵风现象。

3故障原因查找

3．1测量空压机阻值与起动

电流2台空压机型号均为:KB/26C－180L，分别对空压机静态三相绕组阻值进行测量，测量结果两端空压机三相绕组阻值平衡无异常，符合技术要求。空压机为大功率负载，尤其是在空压机起动瞬间，起动电流较大，为判断是否空压机起动时电流过大造成APU2输出过载报出此故障，分别测量两端空压机单独起动时的三相起动电流，起动电流通过峰值电流和有效值2种特征值进行判定，其中峰值电流为瞬时值，有效值为起动时间内的电流值经过有效值计算得到。1端空压机起动三相电流最大峰值为582．7A，三相电流最大有效值为314．2A;2端空压机起动三相电流最大峰值为692．9A，三相电流最大有效值为294A。根据该型号空压机设计原理以及相关文件技术要求:空压机起动电流峰值≤(660+20%)A，有效值≤(440+20%)A。据分别对两端空压机起动电流测量的数据可知，该车空压机起动电流均符合各项技术标准，不存在起动过电流现象。

3．2测量APU2反馈电压与输出电流

在2组APU均投入工作的状态下，分别测量2台空压机起动时APU2输出反馈三相电压值(PT一次侧三相电压)，以及测量APU2输出电流值(ACL2一次、二次侧三相电流)，其中:ACL2一次测量点为辅助变流柜下部207、208、209接线处，ACL2二次测量点为辅助变流柜下部210、211、212接线处。测量1端空压机起动时，在2组APU均正常工作状态下，当1端空压机单独起动时APU2输出电流未发生明显变化，但APU2反馈电压发生了浪涌突变(PT1次侧三相线电压峰值分别为:U－V为683．5V，V－W为610．5V，W－U为745．5V)，输出电压超过了APU2电压保护值，此时APU2停止工作，微机屏报出“APU2－I不动”故障。1端空压机2次起动时，现象与1次起动时相同。测量2端空压机起动时，APU2反馈电压与输出电流值，在2组APU均正常工作状态下，2端空压机单独起动时各项数据现象与1端空压机单独起动时相同。当2端空压机起动时APU2输出电流也未发生明显变化，但APU2反馈电压也发生了浪涌突变(PT1次侧三相线电压峰值分别为:U－V为698．5V，V－W为685．5V，W－U为743．5V)，输出电压超过了APU2电压保护值，APU2电压保护动作，此时APU2停止工作。

4故障原因分析与处理

测量APU2中间直流环节电容值符合技术要求，进而判断为滤波柜内电容衰减造成，因此对APU1与APU2滤波电容值进行测量对比，APU1三相滤波电容值均为469μF;APU2滤波电容值其中两相为433μF，一相为350μF，与其他两相电容值相比下降较多，因此分析为U－W相滤波电容值衰减，造成大功率负载空压机起动时，APU2输出电压突变增大，输出电压值超过保护电压值，造成该故障。

5预防措施

(1)对于入库整备、检修的机车重点进行空压机泵风试验，观察微机屏上“空压机工作”与“APU工作状态”页面，当空压机起动时，出现APU2瞬间停止工作或泵风停止、微机屏报“APU2－I不动”故障时，应对滤波电容及电容相关接线进行检查及容值测量，确保此部分电路正常工作。

(2)由于机车投入运用时间的增长，必然会出现电容值衰减现象，因此将滤波电容纳入寿命管理，建议在机车进行C5、C6修程时，对2组APU滤波电容进行更换。

(3)建议在机车C4修程时重点对滤波电容进行测量，加强滤波电容寿命管理，对出现容值衰减的滤波电容及时更换，减少因机车长时间运用造成电容衰减产生APU故障。

6结束语

通过对电力机车辅助变流器系统的深入研究，发现APU2在空压机起动时发生故障的主要原因是滤波电容值的衰减。通过更换衰减的滤波电容，该故障得到了有效解决。为了避免类似故障的再次发生，应加强对滤波电容的寿命管理和定期检测。此外，建议在机车检修过程中重点检查滤波电容及相关电路，确保系统的正常运行。

参考文献

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