电传动机车电器故障分析及维护

邓 肯

摘要：交直内燃机车的电传动系统随机车一起历经了30年的发展，有了长足的进步，主要表现在设计思想系统化、设计手段现代化、材料水平提高、制造手段丰富、试验能力增强。但目前的机车自动检测、故障诊断技术还没有形成完善体系，本文结合实际情况的故障检测系统，具体给出了系统的理论根据及设计方法，提出了诊断推理及知识获取机制的诊断方法，能较好完成铁路机车的检测与诊断的要求。

关键词：电传动机车故障分析

1基本概念

1.1电传动直流电传动、交直流电传动和交直交(简称交流)电传动。东风、东风2和东风3型机车，为直流电传动机车；东风4型以后研制的电传动内燃机车，均为交直流电传动机车，1999年以后陆续出现了一些交流传动机车。

1.2液力传动液力传动装置主要由液力传动箱、车轴齿轮箱、万向轴等组成。液力变扭器(又称变矩器)是液力传动机车最重要的传动元件，由泵轮、涡轮、导向轮组成。

1.3机械传动机械传动装置是由离合器、齿轮变速箱、轴减速箱等组成的。因其功率受到限制，在铁路内燃机车中不再采用。这个国内应该很少见只在小功率的地方铁路和工矿机车上少有运用。

2机车故障分析

2.1机车故障的基本特点机车工作过程是一个复杂的动态过程、随机过程，在不同时刻的任何观测数据是不可重复的，从系统理论特性看，机车故障具有以下一些特点。①层次性：机车数万个零件共同工作。元件之间相互耦合，决定着机车故障的层次性，一种故障由多层次原因构成。②突发性及缓变性：突发性故障发生在瞬间，无明显症状，难以预测，而缓变性故障具有渐进性和局部功能失效的特点，可以预测。③模糊性：机车故障和征兆信息并不是一一对应的，具有随机性，征兆之间界限是模糊的，并且某些信息具有不确知性。④趋势性：机车大部分故障有随时间变化的一种趋势，即从微小征兆向显著征兆发展的趋势。以上各点只是从某一侧面去分析而作出判断，实际应用应该以随机过程为出发点，运用各种现代的科学分析工具，综合判断机车故障现象的属性、构成与发展。

2.2 铁路机车故障诊断系统专家系统的组成铁路机车设备的故障直接关系到机车乃至铁路系统的安全经济运行。故障诊断是一项复杂的、经验性很强的技术工作，机车设备故障的原因很多，要求快速、有效、准确地识别故障并采取有效措施及时排除故障。利用专家系统进行故障诊断并给出处理措施，辅助维修人员进行事故处理，提高机车的安全经济运行水平，是专家系统在铁路机车故障诊断系统中的一个具体应用。

3电传动装置的维护和改进

3.1四象限变流电路四象限变流器在牵引工况下进行交一直变换。为中间直流电路提供电能；在再生制动工况时，通过中间直流电路进行直一交变换，将电能回馈给电网。①四象限变流电路构成四象限变流器通过主变压器的牵引绕组得电。每组四象限变流电路由1个充电电阻、3个交流接触器及2个四象限变流器构成，两个变流器将交流电变换成直流电，并联向中间回路供电。四象限脉冲整流器每一臂由两个IGBT模块并联组成。②工作原理：充电过程当中间电压为零，充电时，牵引绕组通过充电电阻向四象限变流器供电，给并联的中间直流回路支撑电容充电。充电完成后，充电接触器切除充电电阻，两个牵引绕组通过线路接触器同时向两台相应四象限变流器供电。充电电阻起限制充电电流的作用。

3.2中间直流电路①中间直流回路构成：中间直流电路由中间电压支撑电容、二次滤波LC谐振电路、硬短路保护电路和接地保护电路组成。②二次滤波电路：二次滤波电路由二次滤波电抗器L和二次滤波电容器C组成谐振电路，谐振频率为lOOHz。谐振电抗器置于主变压器中，谐振电容器置于主变流器柜中。③短路保护电路中间直流电路中装有短路保护装置。在出现贯穿短路时，主断路器将分断网侧电流：TCU将封锁四象限和PWM逆变器的触发脉冲，并触发短路保护装置，用来吸收短路回路释放的能量。

3.3辅助电路和库用动车电路①辅助电路：在牵引变流器中系统集成了两个辅助逆变器，分别由一路中间直流回路供电，在正常状况下，这两个辅助逆变器一个工作在变频变压模式，一个工作在恒频恒压模式。为各自所带负载供电。这样，简化了电路结构，减少了部件数量，从而有效降低系统故障概率，提高系统稳定性。辅助供电采用冗余设计，当一个辅助逆变器模块出现故障，另一个将承担所有负载。此时所有辅助设备都以恒频恒压方式工作。②辅助系统控制：由两组辅助变流器给机车辅机供电，其中牵引风机和冷却塔风机采用变频变压供电，其它辅机采用恒频恒压供电。机车具有辅助电路自检功能。

4电传动机车逆电运行防止措施

4.1产生的原因机车在运行中，如果机车乘务员错误地将司机控制器的换向手柄置于机车运行的反方向位，然后提起主手柄给牵引电机加电，这种状况称为逆电操纵。对牵引电动机而言，也叫逆电运行。逆电运行，对牵引电机会造成极大的损害。

4.2电机逆电运行时产生危害的原因机车在正常运行时，采用交直流传动的机车是由电源经整流器向牵引电机提供直流电的。采用直直流传动的机车则由直流发电机向牵引电机供电。牵引电机正常得电运行时，电机内既满足了电动机工作的条件，同时又满足了发电机的基本条件。即，电机内形成了电机磁路，电枢绕组在承受外加电压的同时，又在切割磁力线。根据电磁感应原理可知，牵引电机在作为电动机运行时，电机的电枢绕组上，同时在产生了感应电势。经用右手法则判定可知，电枢绕组所产生电势的方向，与电源电压的方向相反，故称为反电势。在电机内阻及电源内阻都很小时，反电势与电源电压的数据比较接近，但又小于电源电压。反电势对电机的工作电流起着至关重要的抑制作用。机车逆电操纵时，电机的电枢在反力矩的作用下，较正常运行时，反向切割磁力线，使电枢本应产生的“反电势”，成为了“正电势”。电源电压与电动机电势相加，加在电动机内阻上，由于电动机内阻值很小，因而造成很大的电枢电流，此电流足以使电机发生环火。如果逆电运行的时间稍长，会使电机造成严重的损坏。此种冲击性的电流不仅损坏牵引电机，而且主发电机或主变压器以及主整流装置会同时在大电流的冲击下，造成损坏。逆电运行后的电机，换向器会因环火过热，无纬带烧损，严重时还会造成绕组过热变形和机车起明火。逆电运行的主电路，会造成主整流元件烧损，严重时会造成大线端子烧损或电器柜起明火。

4.3逆电运行的防止为了避免发生逆电运行时对机车造成损害，首先应该避免发生逆电操纵。但是，单纯依靠规章制度和操纵者的主观因素，是难以避免逆电操纵发生的。只有依靠先进的专用技术设施保证在发生逆电操纵时，电路中并不发生逆电运行，才能从根本上避免机车受到损害。

5总结

本文介绍了电传机车主电路和辅助电路的结构组成、工作原理、技术基础、冗余设计理念以及故障保护机理与实施情况。对电传机动车的工作原理以及日常维护和故障分析进行了简要地分析，希望对以后的工作能起到抛砖引玉的作用。