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。
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