神华号HXD1型交流机车亏电问题的原因分析和解决措施

乔小平

摘 要：机车蓄电池亏电严重时会导致受电弓不能升起，从而造成机破事故。神华号HXD1型交流机车在神朔线运行以来一直存在惯性蓄电池亏电问题，严重影响着机车运行安全。本文对神华号HXD1型机车亏电问题的原因进行了系统分析，并提出解决措施以及实施方法，解决了普遍存在的交流机车蓄电池亏电的难题，确保了神华号HXD1型交流机车的行车安全。

关键词：神华号HXD1型机车；蓄电池亏电；原因分析；解决措施

中图分类号：U269 文献标识码：A

1 引言

自2013年1月份起神华号HXD1交流机车陆续到神朔铁路投入运营，截止目前配属神朔铁路机务段的神华号机车共有76台。神华号HXD1交流机车上线后，机车蓄电池亏电问题一直较为突出。据统计，机车上线至2015年1月底因蓄电池亏电造成机车区间停车5件、临修10件、碎修上百件，严重干扰着神朔线的正常运输生产。

2 原因分析

2.1 神华号HXD1型机车蓄电池参数及充电机充电特性介绍

2.1.1 蓄电池参数

单体额定电压：2V

10小时率容量（终止电压1.8V/单体）：170Ah

5小时率容量（终止电压1.75V/单体）：140Ah

1小时率容量（终止电压1.7V/单体）：102Ah

荷电保持能力：按TB/T3061-2002試验时，完全充电的蓄电池放置28天后，其容量损失率不大于4%

浮充电压：2.25V/单体（温度以25℃为基准，上升及下降时，浮充电压相应下调及上调0.003V/℃）

均充电压：2.35～2.4V/单体（温度以25℃为基准，上升及下降时，均充电压相应下调及上调0.003V/℃）

最佳充电电流：23.8A≤充电电流≤25.5A

最大放电电流：510A

电磁敏感性：无影响

电磁干涉：无

安全距离：0.3m

防护等级：IP00

火灾保护：电池壳体的上盖采用了阻燃塑料盖

温度：可在-40℃～+70℃的环境温度下使用

振动和冲击：蓄电池满足TB/T3061-2002标准规定的振动和冲击要求

空气湿度：≤95%

空气压力：允许在海拔高度5000m以内使用

风力：风力不对蓄电池本身的使用造成影响

化学和生物影响：强酸强碱环境下使用将对电池寿命造成较大影响，生物的侵袭将增加事故发生概率

灰尘：允许在有灰尘的环境下使用，但要注意及时清扫积尘

2.1.2 充电机充电特性

（1）充电机技术参数

额定输入电压：3AC440V（60Hz）允差%

额定输出电压：

快速充电电压：DC112.8V±1%

浮充电压：DC110V±1%

直流24V：DC24V±2%

最大持续输出电流：

DC110V：150A

DC24V：42A

蓄电池最大充电电流：DC34A

防护等级：IP20

（2）充电机充电模式

当蓄电池电压（带机车负载）≥96V且上次充电状态不为快充模式时，进入浮充模式，电源柜以恒压110V（2.29V/单节），限流0.15C进行充电，以环境温度25℃为标准，并按每单节-3mV/℃进行温度补偿；当蓄电池电压（带机车负载）小于96V或上次充电状态为快充状态，进入快速充电模式，电源柜以恒流值0.2C进行充电，以环境温度25℃为标准，并按每单节-4mV/℃进行温度补偿，充电电压上升到112.8V时，以112.8V进行恒压充电，当电流值≤0.15C时结束快速充电，转入浮充模式；机车运用3个月进行一次均衡充电，电源柜以电压112.8V（2.35V/单节），限流0.1C进行24小时的充电。（蓄电池组共48节，容量是 170A/h）

充电模式进入条件说明：

当监控模块第一次启动时（即监控模块断电后启动的第一次），判断蓄电池电压大于96V则进入110V充电（浮充），否则进入112.8V充电（均充）。

电源柜启动后以110V充电时（浮充），在限流充电的工作状态下蓄电池以最大电流为25.5A充电，若出现蓄电池电压小于96V连续2s时，进入112.8V（均充）充电。

电源柜启动后以112.8V充电时（均充），在限流充电的工作状态下蓄电池以最大电流为34A充电，当蓄电池充电电流小于25.5A时，转到以110V充电（浮充），进行浮充充电状态时，若蓄电池电压小于96V连续2s时，重新进入112.8V（均充）充电。

2.2 神华号HXD1型机车蓄电池负载电流大

在断主断路器、降弓状态下，SS4B、SS4G机车蓄电池放电电流为5A～6A；HXD2型机车蓄电池放电电流为9A～11A；神华号HXD1型机车蓄电池放电电流为12A～14A。HXD1型机车蓄电池的放电电流确实比SS4B、SS4G型机车和HXD2型机车大。经过实测神华号HXD1机车蓄电池充满情况下连续放电6～7个小时蓄电池电压即到88V以下，再继续放电不到1小时即到77V以下，此时已不能控制升起受电弓。

2.3 蓄电池本身性能会有差异

机车电池组中的单节电池性能会有差异，单节电池性能差会导致蓄电池整体性能下降，但是神华号HXD1型机车的亏电惯性问题不可能全部是蓄电池性能差导致。同样的蓄电池在SS4B、SS4G机车和HXD2型机车就不存在亏电惯性问题，再则SS4B、SS4G机车使用近20年了，单节性能差的电池会更多，但是也没有出现亏电惯性问题。

经过试验发现神华号HXD1型机车已经亏了电的电池，经过地面三充两放维护后装车使用后并不容易出现亏电惯性问题。对HXD1型机车随便抽取一台车在库内升弓进行充放电试验，蓄电池可以充满，放电时间也正常。充分证明惯性蓄电池亏电是神华号HXD1型机车没有将蓄电池充好，而不是蓄电池本身原因造成亏电。

2.4 蓄电池使用环境及使用方法的影响

神朔线上行牵引重车线路有多处长大上坡道（最大坡度12‰）牵引区段，经测算3台神华号HXD1型机车的牵引力才能满足牵引需求，目前神朔线采用神华号HXD1型机车“2+1”牵引万吨列车方式运行。下行时一台神华号HXD1型机车牵引力即可满足牵引需求，下行多采用3+0牵引列车的方式运行，为保证运行安全，乘务员有时会选择让下行二位、三位机车保持降弓运行，此运行方式势必造成机车蓄电池长期处于未充满电运行状态或亏电状态。

2.5 蓄电池硫化

2.5.1 硫化的生成

蓄电池放电以后，极板上的一部分或大部分二氧化铅和铅变成了硫酸铅。这种硫酸铅是一种比较细小的颗粒状结晶，如果及時进行补充充电，则应很容易变成二氧化铅和铅。如果充电不及时，由于硫酸铅是一种非常容易结晶的物质，当蓄电池电解液中的硫酸铅浓度过高，或静态闲置时间过长时，就会结成小晶体。这些小晶体再吸引周围的硫酸铅，就会像滚雪球一样形成大的惰性结晶。结晶后的硫酸铅在充电时不但不能再还原成氧化铅，还会沉淀附着在电极板上，造成电极板工作面积减小，这一现象叫硫酸盐化（简称硫化），也就是常说的老化。

2.5.2 硫化的表象

硫化后，电池内阻增大，充电较未硫化前电压提前到达充电终止电压，电流越大越明显。酸液密度低于正常值。放电容量下降，放电电流越大容量下降越明显。充电时有产生气泡，充电温升增快，严重时可导致充不进电。

2.5.3 硫化的预防

每次放电后及时补充电且要充足电，尤其是大电流放电后一定要及时补充电。在小电流放电时尽量控制放电深度，小电流深放电产生的硫酸铅过于致密，放电后充电采取小电流长时间。对于低温大电流放电后，要采取多充电量30%来恢复容量。长期搁置的电池，要先充足电后再搁置，在搁置每两个月适当补充电一次。

3 解决措施

因神华号HXD1型机车蓄电池负载电流大造成天窗点机车蓄电池易亏电的故障，经过试验神华号HXD1型机车不升弓状态下耗电量最大的负载是机车微机控制系统，微机系统耗电电流占机车总耗电电流的80%以上，特规定在天窗点乘务员必须断开神华号HXD1型机车蓄电池微机电源开关，此方案既不影响机车电台及监控的使用又保证蓄电池不发生亏电。

因神华号HXD1型机车蓄电池个体差异造成放电时间短的问题，特规定将蓄电池划分为3类，蓄电池下车进行三充二放时，在第二次放电3小时后测量蓄电池单体电压，电压≥1.95V的标记为A类蓄电池，≥1.9V<1.95V的标记为B类蓄电池，≥1.8V<1.9V的标记为C类电池，C类电池不能在神华号HXD1型机车上使用。

神华号HXD1型机车蓄电池使用环境及使用方法造成蓄电池易亏电的故障，特规定神华号HXD1型机车运用中可升弓时乘务员需尽量升弓充电，蓄电池电压低于93V时乘务员必须升弓充电。

因神华号HXD1型机车蓄电池硫化造成蓄电池亏电的故障，特规定神华号HXD1型机车回段整备转临修、预备或其他原因不使用机车时，断蓄电池电源前必须先将蓄电池充满电，充电电流由大到小降至4A后判定为充满电，长期不运用机车定期打温时需将蓄电池补充满电。

另外为解决因蓄电池维护不当造成易亏电的问题，特规定运用机车发生亏电需要更换蓄电池时必须整节车更换，更换下的电池及修程机车互换电池车下充电必须严格执行三充二放充电工艺。

4 解决措施实施效果

以上解决措施我段自2015年1月下发开始实施，经过十个多月的使用，神朔线再未发生因蓄电池亏电造成机车区停，发生蓄电池亏电造成临修2件，亏电原因均为个别蓄电池完全失效，电压为0伏，属蓄电池本身质量问题造成。

结语

通过分析神华号HXD1型机车亏电问题的原因，提出了相应的解决措施，取得了较好的效果，解决了神华号HXD1型机车蓄电池亏电惯性问题。从实际运用情况来看，采取的措施有力地保障了神朔线铁路运输正常秩序。

参考文献

[1]荣林.神华八轴交流电力机车[M].北京：中国铁道出版社，2014.

[2]神华十二轴大功率交流传动电力机车检修手册.南车株洲电力机车有限公司[Z].