牵引蓄电池工程车库内充电插座烧损故障分析及解决措施

(中车株洲电力机车有限公司产品研发中心，湖南 株洲 412001)

0 引言

中国铁路已实现跨越式发展，机车、动车组、地铁车辆等已成功实现了向电力牵引模式的转换，与之配套的调车机车也将不可逆转地向环保型的电力牵引型车辆转换。蓄电池电力机车是轨道工程车领域的一名后起之秀，近几年来获得了快速发展，其主要的技术特点之一利用牵引蓄电池作为整车储备电源，在接触网不供电的情况下，为整车提供牵引力。

而目前，国内外有关牵引蓄电池工程车在其库内充电过程中频繁地出现库内插座烧损事件，导致牵引蓄电池不能正常地进行充电，从而影响其牵引力的发挥作用。因此，如何保障牵引蓄电池工程车在库内充电过程中库内插座不被烧损，实现其正常的充放电，将显得尤为重要。

本文基于某工程车牵引蓄电池库内充电电路结构，分析其结构特点，找出其库内充电插座易烧损原因。为防止该工程车库内充电插座发生烧损，结合其易发生库内充电插座烧损故障原因分析，优化该工程车库内充电电路结构，并对其优化后的电路结构特点进行说明。

1 关于某工程车的库内充电插座易烧损故障分析

经分析大多数库内插座、插头烧损事件原因，最终均是基于库内充电电源所提供的输入电流大于库内插座所能承受的最大电流。本文将结合具体地牵引蓄电池库内充电电路结构，对其进行分析。选取某工程车库内充电电路方案为例，其电路结构图如图1所示。

图1某工程车牵引蓄电池库内充电电路图

在库内充电模式下，库内AC380 V电源经过库内充电插座、牵引蓄电池斩波充电模块、接触器向牵引蓄电池充电。

根据图1可知，库内电源所提供的输入电流主要应用于辅助负载供电和牵引蓄电池充电，其中I1表示给定的库内电源输入电流值，I2表示提供给牵引蓄电池充电电流值，I3表示提供给辅助负载电流值，P2表示提供给牵引蓄电池充电功率值，P3表示提供给辅助负载功率值。从图1中可以看出：

I3+I2=I1

(1)

而目前某工程车库内电源输入功率不做限制，库内充电插座最大限流值125 A。为保证库内插座不被烧损，其重点需考虑到牵引蓄电池充电功率最大情况下，即电流I2 max与辅助负载电流I3之和要小于或等于库内插座最大限流值125 A。因此需确定牵引蓄电池充电电流I2 max与辅助负载电流I3的大小。

1.1 牵引蓄电池最大充电电流值计算

牵引蓄电池由第三轨或库内电源供电时，一般利用牵引蓄电池充电机对蓄电池进行充电，其正常充电过程中包括3个阶段：恒流充电阶段、恒压充电阶段、浮充充电阶段。其曲线变化如图2所示。

图2 牵引蓄电池库内充电曲线

1)恒流充电阶段：充电机工作后进入充电状态或蓄电池放电状态进入充电状态后，首先采用IL1限流充电，充电电流被限制在≤IL1的范围内，充电机输出电压上升。

2)恒压充电阶段：当充电机输出电压上升到UL1时，维持在UL1，蓄电池的充电电流开始下降。

3)浮充充电阶段：当电流下降到IL2时，充电机输出电压跳转到浮充电压UL2，进入蓄电池的浮充状态。

4)其他：维持IL1的时间不应超过tL1，维持UL1的时间不超过tL2，当充电时间超过规定阀值时，充电机停止输出。

结合某型牵引蓄电池工程车，其采用的蓄电池为铅酸电池，具体充电曲线如图3所示。

根据图3可知，当牵引蓄电池充电功率最大时，牵引蓄电池最大充电电流值为64 A，蓄电池单体最大电压值为2.35 V，此时I2值也将最大。一般牵引蓄电池充电机效率、变压器效率系数在0.8～1，我们选取系数为0.9 ，牵引蓄电池单体个数为392。经计算可知：

图3 原牵引蓄电池库内充电曲线

1.2 辅助负载电流值计算

其中厦门1号线库内充电过程中时，操作手册中要求关闭以下辅助负载：平车供电、压缩机、暖风机、窗加热、五孔插座。但仍需要考虑的辅助负载见表1。

表1 库内充电时必须考虑的辅助负载计算

根据表中结果可知辅助负载消耗的功率约10kW。

因此可计算出

1.3 库内充电插座易烧损故障分析

根据前面对牵引蓄电池最大充电电流值、辅助负载电流值的计算结果，可知：

I1 max=I2 max+I3=110.6+16.9=127.5

因此可得I1 max=127.5≥125，即该时刻库内电源输入电流值大于库内插座最大限流值125 A，因为时间较短并不会造成库内插座烧损，因此设计上也是可接受的；但如果在牵引蓄电池充电功率较大时刻，辅助负载中空调等其他负载工作，I3值将增大，导致I1值将有可能较长时间大于125 A，造成库内充电插座烧损。降至56 A。

2 某工程车库内充电电路优化设计

结合前面对某工程车的库内充电插座易烧损的原因分析，以该工程车库内充电电路为例，在其设计过程中做了更进一步的优化设计，其电路结构如图4所示。

图4 某工程车优化后的库内充电电路结构图

根据图4可知，某工程车在其库内充电电路结构上进一步优化设计的主要内容有以下几项。

1)某工程车库内充电输入迁至辅助负载前端。

2)同时在库内充电插座与辅助负载间，增加了辅助负载功率监测电流传感器，其目的可实时计算出辅助负载所消耗功率大小。

3)利用监测出的辅助负载消耗功率大小，结合公式(1)，可计算出最大允许充电功率/电流。

4)进而可利用牵引蓄电池充电机对充电功率/电流进行可控调节。

根据前面某工程车最大限流值为125 A，结合某工程车库内充电电路优化后的设计，即在该工程车库内充电插座与辅助负载间，增加了辅助负载监测电流传感器，可实时测出辅助负载电流值I3，因此可计算出牵引蓄电池允许的充电电流值I2。如下所示：

I2 MAX+I3≤125

(2)

I2 MAX≤125-I3

(3)

根据公式(3)中牵引蓄电池允许的最大充电电流值I2 MAX≤125-I3，其中I3可进行实时测算出，且因辅助负载中控制蓄电池充电机等功率会具有变化性，从而测出的I3值也会实时发生的变化，最终I2MAX也会进行相应改变，并能实时测算出来。

3 结语

本文针对某工程车牵引蓄电池库内充电电路结构，分析其结构特点，认为造成其烧损原因为辅助负载与蓄电池充电机所消耗的电流量大于库内插座最大限流值是其库内插座烧损原因之一。结合该工程车电路结构特点，进行了针对性的优化，在库内插座与辅助负载间加入了电流传感器，起到对库内电源输入电流进行监控，当检测电流过大时，可采取关闭部分辅助负载等相应措施以降低流经库内插座中的电流，防止库内插座烧损，进而可保证牵引蓄电池进行正常地库内充电作用。