机车开关柜电阻烧损故障改进

彭剑波



机车开关柜电阻烧损故障改进

彭剑波

随着近年来我国电力机车在铁路上的广泛应用，货运量的增长对承担牵引任务的SS4G机车运行的质量、速度、稳定性及可靠性提出了更高的要求。SS4G机车在安全情况下实现制动系统的正常运行显得尤为重要。而由于交流机车对电网大量的谐波反馈，致使线上运行的SS4G机车因过压吸收电路严重超负荷运行而造成SS4G机车开关柜电阻经常出现烧损故障，对铁路交流机车存在着严重的火灾隐患。本文以神朔铁路货运隧道为研究环境，以2012年在神朔铁路部分隧道内实际发生的SS4G机车开关柜电阻烧损故障为研究对象，结合对故障原因的分析，对其故障整改对策措施进行探讨。

在神朔铁路货运量不断增加的货运形势下，对SS4G交流机车的运行效率要求相应提高。同时，神朔铁路本身线路环境的复杂性和恶劣性使得经过的SS4G机车内部电器器件受到不同程度的影响，其中，尤其是神朔铁路中最长的位于黄羊城至新城川区段的蛇口峁隧道，列车经过时会吸附隧道内的煤尘，这些煤尘对机车内部的电器部件的散热效果产生影响，而SS4G机车作为组合列车的中间部分，其带动运行速率和冲击较大，很容易产生机车开关柜的断路、短路和电阻烧损故障。

SS4G机车开关柜电阻的功能

SS4G机车的主断路器在4QF打开或者与主变压器的空载电流接通的情况下，会产生过量的电压，而此时牵引绕组上的RC和网侧避雷器5F将对过量电压起到限制的作用。在SS4G机车内，一共有73R、74R、83R、84R这4个主变压器牵引绕组，采用RXG800A，6.2Ω，800W的两根并联电阻实现对过电压的吸收，且这两根电阻安装于SS4G机车的开关柜后方。开关柜后的吸收电阻与吸收电容串联组成一个保护电路，即RC吸收电路，它分别由71C/73R，72C/74R，81C/83R以及82C/84R组成。其中部分的牵引绕组电路图如图1所示。整个牵引绕组是利用电容两端电压不可突变、电容能吸收能量及电阻能消耗能量的原理来操作的，4个牵引绕组在主变压器中并联的前提下实现对限制机车运行中过量电压的吸收。

SS4G机车开关柜电阻烧损的故障原因分析

开关电阻结构上的原因

PFC开关柜在SS4G机车内是处于一个很狭小的空间位置，在这较小的空间内装配有负责吸收过量电压的负载电阻、功补电阻、压敏电阻、电阻电容、电流互感器、同步变压器及电压传感器等导线和电气部件。SS4G机车在神朔铁路较复杂的货运隧道内运行时，吸收过量电压的电阻会产生持续发热现象，过分发热将使固定胶木板被烧焦，发生碳化，绝缘值也大大降低。同时，在温度长时间过高的情况下，电源线会产生老化、短路甚至被高温烧断的现象。位于电阻下方的是同步变压器，电阻烧坏后熔化的金属液体将对同步变压器造成接地及短路故障，严重情况下，将使同步变压器的外壳着火，引燃布线及配件。

电阻超负荷运行的原因

根据近年来SS4G机车的运行故障对比分析来看，SS4G机车开关柜电阻烧损的故障数量呈明显的上涨趋势。在专业人员的初步分析中，其中一个重要的故障原因很有可能是与直流机车在同一个电动臂下运行有关。同一个电动臂下，笔者通过在高压电压互感器边引接示波器的方法对网压数据进行了测量。其中，在神朔铁路中测得的网压峰值最高为291，平稳值为180；次日在神朔铁路东一场测得的网压波动达到260。通过对这些测试数据的统计分析，在交流机车这些给谐波反馈给接触网后，进入直流机车的谐波致使SS4G机车开关柜阻容将回路吸收，导致电阻在超负荷的情况下工作，这是引起机车严重过热，开关柜电阻烧损的一个重要原因。

制动风机冷却时间不足

在SS4G机车中，其电阻制动属于加馈电阻制动，其运作原理是准恒速限流控制，电阻制动是通过4个轴流式的风机采用，实现对4个制动电阻柜的冷却工作。在列车行驶中，电阻发挥制动作用时，本节制一、制二及后节制一、制二在乘务员的开启状态下实现轴流通风，但在实际操作中，部分乘务员在完成电阻制动后就立即停止投入制动风机。在这样的情况下，温度较高的制动电阻带就会出现强度降低、线路震动加大的现象，这样很容易致使电阻带焊接部分断裂，最后造成制动电阻柜烧损。

电空联合制动过于频繁

图1　SS4G机车部分牵引绕组电路图

随着神朔铁路上货物运输量的增加，投入使用的SS4G机车的运作效率会越来越高，牵引的货物重量通常情况下为5600t左右，随着SS4G机车万吨工程的改造完成，由5600t的牵引吨位上升至11600t。尤其是在线路较长的蛇口峁隧道，机车牵引吨位大，行驶的坡度长，对电阻联合制动使用较为频繁，随着电阻制动力的提高，会对制动电阻柜内的电阻带造成一定程度损害，诸如会降低制动电阻带的强度，使固定电阻带的小瓷瓶破裂，小瓷瓶穿轴会发生烧红、弯曲、变软现象，久而久之将致使电阻带框架整体出现变形，造成电阻短路的后果。

SS4G机车开关柜电阻烧损故障的整改对策

改进吸收电路的性能

由于SS4G机车开关柜电阻结构的原因致使的电阻烧损故障，需要及时对吸收电路的性能进行改进。一般情况下，SS4型号机车的电阻容对电路吸收的电容器容量选择为6μF，而SS4G机车通常选择的电容器容量为18μF。根据有关计算方法得出适宜的电容取值C应该在5.8μF以上，当电容量较大时，它的充电放电能力就会变大，从而电阻功耗也会变大，这不仅有利于保护SS4G机车的阻容装置，在电容器在6μF的取值情况下，还能有效降低电阻的损耗，降低电阻的温度，避免再出现电阻过热、烧损的现象。此外，如果现则12μF的电容器也会大大降低电阻器件上的过量电压和电压上升率，但这种情形下对于电阻的功耗要求较高，将是在6μF电容器功耗的一倍。从前面的计算可得出电阻R的取值，即5.47Ω以上，由t=RC的时间常数运算关系可得出电阻值越大，抑制震荡的效果也会越明显的结论。综上计算分析得出，选取6μF、1.7kV的电容器，将24Ω与1200W的两根电阻并联的方式可以在一定程度上改进呢吸收电路的性能。

改善电阻散热的环境

为了改善电阻超负荷的运行环境，采取将SS4G机车开关柜内的主变压器过量电压吸收电阻全部转移到开关柜以外的做法，同时采用在四角钢制作的骨架之下安装接盘的方法防止金属电阻熔化后降落到主变壳上，避免电阻烧坏。此外，在骨架周围安装好有隔热功能的云母板，可以有效防止高温情况下金属电阻柜体侧面的导线被烧损。电阻绝缘支撑的使用也可以降低电阻温度，电器支架、导线连接板及电阻并联板都是采用的铜质材料，电阻绝缘支撑是由1000℃的95高频瓷柱构成，连接导线与电阻连接的连接板也一并安装有散热器，可以明显降低连接板上的温度，从何解决电阻工作中因电阻连接导线高温致使的虚接打火问题。

制动风机回路的改造

在SS4G机车处于电阻制动的情况下，经位置转换开关会转移到制动位置，主级绕组与牵引电动机的电枢发生脱离，制动电阻串联后，两台同一转向架的电动机电枢进行支路并联，和主整流器串联构成回路。在使用电阻制动时，先启动制动风机的冷却，制动结束后，采取一段时间内不关断制动风机电源的方法，可以让风机继续运转，带去电阻带的余热，避免制动风机关闭状态下电阻温度过高的现象，也保护小瓷瓶及其穿轴免受高温损坏。为了达到制动风机的冷却作用，笔者建议将一个制动风机延时继电器（700KT）加入制动风机启动和断开的控制电路中，在电路中将继电器700KT安置在并联一组常开接点处，当继电器700KT的主司机控制器换向手柄处于“制动”位置时，此时供电电源中的402、403、405处于有电状态，其中的405导线制动位需要提供电线。当操作人员依次按下“制动风机”的按键时，导线连接使制动风机1、风机2的电源接触器依次带电，此时本节制一风机（5MA）、二风机（6MA）依次启动，实现电阻制动。最后，当操作员将主司机控制器的换向手柄在“制动”位置上转移后，700KT失去电源产生40s以上的释放，这可以使制动风机接触器保持继续得电一段时间，最终使冷却的风机有效吹去电阻带中的余热。除了对制动风机的改造，电阻改造方案中，还可采取安装风扇的方法，加入了熔断器保险保护增大的电阻，熔断器保险将在电阻烧损之前发生跳动，防止电阻进一步的烧损。

电空联合制动注意事项

为了改善电空联合制动频繁，减少电制动力提高对机车开关柜电器部件造成损害，特别提出了SS4G机车电空联合制动操作的相关注意事项：一是在进行机车电阻制动试验时，要将机车制动力缸压力控制在100～150Kpa之间；二是在电阻运行中要注意不能通过使用电阻制动来停车；三是在机车行驶速度未达到预控速度之前，要将调速手柄移至“制动”位置，在出现初制动电流后要稍作停顿，接着将手柄位置移至10km/h刻度上，最后再缓慢将手柄移至预控速度刻度上。同时注意制动的电流不宜过高，要在电流稳定的前提下进行更低速度的手柄操作，保持列车平稳降速；四是在退电阻操作中，采取先退一半的做法，禁止直接退零；五是在停止电阻制动后，禁止立即关闭制动风机，需要保持足够的通风冷却时间通常情况下应保持在2min以上；六是在面临列车进入弯道、道岔等容易发生空转的情况下，使用电阻制动时要防止滑行，采取必要的制动电流降低措施以此配合空气制动。

结语

综上所述，随着货运任务的加重，SS4G机车开关柜电阻因为电阻结构、电阻过热等原因会产生烧损的故障，需要采取电阻电路改造、制动风机的改良及保障充足的制动风机冷却时间等措施手段对SS4G机车开关柜电阻烧损故障进行整改，减少因开关柜电阻柜烧损引起的安全事故，提高SS4G机车的运行效率，保证机车的安全、稳定、可靠运行。

彭剑波

中铁二十局集团第四工程有限公司铁路电力运输分公司

10.3969/j.issn.1001-8972.2016.11.041