电力机车变流设备问题研究及建议范文

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1前言

554改型电力机车用变流装置是554改型电力机车主要改进的新设计项目之一。它于554型电力机车整流装置比较，其显著特点之一就是使用了大功率的整流管和晶闸管，从而减少了桥臂并联元件和各种附件，有利干桥臂支路间的均流。但是由于各种原因，在机车运用中因晶闸管和整流管击穿而引起的整流柜破损问题也日益突出。

2故障统计及测试记录

据统计，2001年度郑州北机务段中修的554改电力机车共32台，检修过程中发现整流柜破损的机车17台，故障率为53.1%。更换晶闸管43个，二极管门112个，熔断器126个，电容235个，电阻67个。仅此一项需成本40.8303万元，平均每台车增加成本1.2759万元。2001年9月，554型199机车二次中修，其解体前均流测试及故障元件测试记录如表1、表2。由表中可以看出，476#整流柜其并联支路最大增多流系数为0.96，最小为0.67。损坏晶闸管1个，二极管2个，电容4个。小于规定限度0.85的有三个桥臂(T4、Dl、D3)，不能满足正常运用的要求。其中D3臂均流系数只有O‘67，两支路电流差为45OA，使D3一l元件长期承受过大电流，从而使其性能下降，以至烧损。

3原因分析

554改型电力机车整流柜故障的现象有两种:一种是提手柄跳主断路器，多为二极管损坏;另一种是运行中跳主断路器，主断路器复合不上，多为晶闸管击穿。

3.1元件散热器积灰较多

2001年7月，554型304机车区间运行中整流柜机破，返段后经测试A节I架整流柜TZ臂晶闸管损坏1个。解体后检查发现元件散热器上积灰较多，尤其是破损元件，散热器间布满灰尘和杂物，元件瓷环有明显烧痕。按工艺要求更换元件，并清洗整柜后上车运行正常。因此判定元件损坏的原因是由于过热烧损。554改型电力机车变流装置使用的硅元件也和其他电气设备一样，决定其允许电流大小的是温度。主晶闸管KP以300一28规定壳温70C时额定通态平均电流为13。。A，ZP*21。。一28主整流管规定壳温为90‘C时额定正向平均电流为2100A。但实际上，KP;1300一28晶闸管配上SF35B散热器在冷却风速6。/s下长期通过的通态平均电流只有65OA左右。可见，由于散热条件的限制，晶闸管通过的通态平均电流也受到限制。当散热器的表面被厚厚的灰尘覆盖时，或通风机的冷却风速不够时，都有可能造成元件壳温较高而烧损，从而造成整流柜故障，影响机车的牵引力。

3.2阻容保护装置失效

在现场中发现，阻容保护电路故障也可能引起元件的击穿。2001年5月，554型332机车中修，整流柜解体后，元件测试中发现T4臂一晶闸管击穿，元件散热器及瓷环外观均无异常，但发现其阻容保护电容膨胀、漏液，经测量其电容值，仅为06拌F，与标称值(1士10%)产F相差很多，使阻容保护装置失去了正常的保护作用。因此可以推断晶闸管当时被击穿的真实过程:当半导体元件从正向导通过渡到恢复反向阻断时，产生一个很大的换相过电压，其数值可达工作电压峰值的5~6倍，远远大于其能承受的正常反向电压，如果此时在晶闸管两端并联的阻容保护装置能正常工作，使过电流通过RC支路而续流，则di/dt可以减少很多，从而抑制过电压，但恰恰是阻容保护装置的损坏，使这个过电压加在已经恢复阻断特性的元件上(如图1所示)，使其反向漏电流突然增加，以致击穿。48图1

3.3均流系数较低，不满足规程(不低于0.85)要求

据不完全统计，中修整流柜解体前均流测试中均流系数较低的桥臂，在元件测试中其相应参数都有不同程度的性能下降或损坏。2001年12月，554型376机车二次中修，整流柜解体前均流测试，发现T6臂T6一1、T6一2电流分别为730A、21OA，均流系数只有0.64。更换T6一2元件后均流系数变化不大，但把T6一1元件拆下后发现其为另一厂家产品，违反了《韶山4型电力机车段修技术规程》中规定“更换元件时，不同厂家的产品不能混装”的要求，其根本原因在于不同厂家的产品性能参数有可能相差较远，造成分流不均。按工艺要求更换T6一l元件后，测试两电流为410A和43OA，均流系数为。.98。检测换下的T6一1元件，其断态重复峰值电流为165mA，己不符合要求。因此猜想T6一1元件有可能是临修时更换，没有做均流测试，也没有考虑是否同一厂家产品。

3.4均流测试与机车实际状态的不同

由于现有的均流测试装置提供的触发脉冲只能是TST6、TITZ、T3T4分别开放，均流试验时不能使整流柜按照三段桥的顺序开放，而与机车实际工作状态不同。虽然元件测试了反向重复峰值电压和断态重复峰值电压(晶闸管)，但做均流试验时，整流柜交流输人端接低压大电流变压器，元件只承受大电流，而没有承受正向和反向电压，有可能出现元件软击穿的现象。比如:2001年5月，在段中修的554型305机车高压调试时提手柄跳主断路器，判断整流柜故障，但下车后均流测试正常。元件测试时发现D3一2整流管URRM280OV时，IRRM为15mA;U以M3000V时，IRRM为158mA。由上伏安特性图可以看出，其在280OV时，IRRM并不超限，但随着电压的上升，其漏电流值增加突然加快，瞬间造成元件击穿。现场更换此元件后正常。0.OZV;更换换相电容器和电阻器时也应测量其标称值。(3)元件测试反向重复峰值电压和断态重复峰值电压时，不仅仅测量280oV时的漏电流，还要看其在3o0OV时的曲线，变化过陡时应引起重视。

4建议

从以上分析可以看出，造成554改型电力机车硅整流柜元件损坏的原因是多方面的，我们仅从现场实际出发，提出以下建议:(1)加强对整流柜及元件散热器的清洗，特别是在每年的夏季，保证晶闸管在通过大电流时产生的热量能正常散失。(2)更换元件时，应保证换上元件与换下的元件为同一厂家，管芯压降相等或相差不大于5今后方向通过现场多年来的实践可以看出，国内电力机车整流柜采用的硅元件容量还有些过小，怎样在同等散热条件下提高其通过的通态平均电流，还是一个课题。在中国铁路不断提速的同时，更要求电力机车向重牵引、高速度上发展，因此对直流电传动机车来说，只有研究出大容量、高质量的硅元件，才能保证机车的可靠运行与安全。