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SS7E机车辅助供电系统检修故障处理

发表时间：2021/6/7 来源：《基层建设》2021年第2期作者：刘雁明于新龙

[导读] 摘要：本文对SS7E机车辅助供电系统结构组成、工作原理、常见故障及原因等方面进行了介绍分析，为机车检修与调试人员作业当中处理相关故障提供思路与帮助。

        中车大同电力机车有限公司山西大同 037038
        摘要：本文对SS7E机车辅助供电系统结构组成、工作原理、常见故障及原因等方面进行了介绍分析，为机车检修与调试人员作业当中处理相关故障提供思路与帮助。
        关键词：SS7E机车，辅助供电系统，故障处理
        机车辅助供电系统主要是为机车各种辅助电器供电的电路，是保证机车主电路发挥功率和实现性能的重要组成，一般包括辅助电源、辅助电机以及相应控制电路等。SS7E电力机车辅助系统供电方式与传统的SS4G型机车相比，没有沿用传统的旋转劈相机进行供电，而是采用了更为先进可靠的辅助变流器进行供电，相比之下，采用辅助变流器供电有着更多的优点，如输出三相电压更加平衡稳定，辅助回路故障率更低，模块化设计更加易于部件的检修与更换，工作时机械间噪音大大降低等。
        一、结构组成。
        SS7E机车辅助供电系统采用TGF11型四象限变流器，交-直-交变流技术，将机车辅助绕组提供的单相AC340V电压转换为三相AC380V电压，为机车各三相辅助电机、空调及加热装置供电。每台SS7E机车配置两台辅助变流柜，每台变流柜包含两套完全相同的四象限变流器，V11/V12/V21/V22，当其中任意一套出现故障时，通过故障转换开关进行切换，负载重新分配后，可以满足机车正常运用需求，有效提升了机车运行的可靠性与稳定性。
        SS7E机车辅助供电系统柜体采用前后柜体结构，中间为风道，柜体冷却方式采用强迫循环风冷，冷却空气直接从车外进入柜内对各部件进行冷却。柜内四个功率单元均采用模块化设计，方便维修与更换。输入电感及滤波器安装在柜体后部，电缆接线端子位于柜体前下部，控制电源及信号电缆则从后上部进入柜体。
        二、主要技术参数。
        额定输入电压：         AC 340V（-30%～+24%）
        输入电压频率            50Hz 单相
        输入侧功率因数：       ≥ 0.9
        额定输出电压：         380V（三相）+5%
        输出电压谐波含量：     <10%
        输出电压上升率：        ≤500V/μS
        额定输出容量：          2*100KVA
        额定运行效率：          ≥90%
        最大输出尖峰电压：      ≤1000V
        控制电源额定电压：      DC 110V
        三、工作原理。
        每套辅助供电系统分别由四象限整流器、中间支撑环节、IGBT逆变器、输出电压滤波器及控制电路等几部分组成。
        辅助供电系统输入单元采用功率因数矫正的脉冲整流器，通过接触器、预充电单元、快速熔断器及电感连接到主变压器的单相340V绕组。整流器和逆变器均采用IGBT作为开关元件、按脉宽调制原理工作，高的开关频率大大减小了输入和输出的谐波，输入电流可以达到与输入电压基本同相，所以变流器的功率因数非常高。整流器具有预充电及软起动功能、预充电时间小于1.5秒，这样将大大减小整流器对电网的冲击。

        四象限变流器主电路原理图
        辅助逆变器的控制系统采用专用电机调速DSP芯片实现。该控制芯片拥有完整的数字控制单元，包括功率开关元件的门极控制、传感器信号采集、逆变器工作监控、故障检测和CAN总线接口等。控制方式采用空间电压矢量调制，依据U/F=常数实现电机的变频起动，可显著减小辅机启动时的机械冲击，同时能根据机车牵引电流大小运行在不同频率，以实现机车节能、降噪。
        辅助供电系统与外界通讯通过CAN总线进行，由LCU（逻辑控制单元）通过CAN总线发出辅助变流器启动及相关控制信号。发生故障时，通过CAN总线向LCU发出故障信号，为系统进行故障诊断提供依据。
        辅助供电系统外部设计安装有RS-232通信接口，当进行调试或维护时，可通过笔记本电脑与系统进行通讯，进行系统参数的调阅及故障诊断。
        辅助供电系统同时具有完善的保护功能，包括过电压保护、过电流保护、热过载保护、短路保护、IGBT元件故障及电子控制板故障保护等。每个变流器都有直流母线正负极线引出至端子，由系统用作接地保护。系统输出端加装了du/dt抑制器，可以显著改善输出电压的du/dt和尖峰过电压，并提高系统的电磁兼容能力及辅机的使用寿命。
        为了提高机车运行效率与可靠性，辅助供电系统设计有一定的冗余功能，在一个变流器发生故障情况下，负载能自动切换，保证所有辅机仍可以正常运行；在两个变流器发生故障情况下，切除部分负载，机车仍可以满足降功率运行，使机车故障率大大降低。
        四、常见故障分析与处理。
        在日常检修与调试过程中，辅助供电系统常见故障主要有以下几个方面：
        1.电源输入、输出故障。
        2.整流器输入、输出故障。
        3.接触器动作故障。
        4.逆变器输出缺相或输出三相不平衡。
        5.逆变器模块故障。
        6.负载电路及设备发生短路、接地等故障。
        7.人为操作失误引起的故障。
        针对以上常见故障现象，在日常检修与调试过程中可以从以下几个方面采取措施，排除并减少故障的发生：
        1、若整流器出现故障，可根据整流器控制面板指示灯说明判定故障原因，排除故障或更换后重新投入启动。
        2、逆变器出现故障时，可根据逆变器控制面板指示灯说明判定故障原因，排除故障或更换后可以按面板上复位按钮进行复位。
        3、若判定整流器或逆变器等某一部件故障，通过复位等操作仍不能恢复时，则更换该部件。
        4、若由于负载电路故障引起辅变流故障，则应先断开负载连接，待负载回路故障排除后再恢复连接。
        5、日常送电及启动设备时，应严格按要求进行设备操作，避免由人为操作失误造成的设备及部件故障的发生。
        6、部件检修时，加强对部件内部灰尘、污渍等影响部件动作性能等物质的清理清除，保证各电器部件动作良好。
        7、日常维护过程中，定期使用压缩空气对柜内的灰尘进行清除，检查柜内通风机有否损坏，检查没有杂物落入机箱内，以免引起短路、接地等故障。
        五、结束语。
        以上对SS7E机车辅助供电系统结构组成、工作原理及常见故障现象与原因进行了简要介绍与分析，由于机车设备及部件众多，各个设备部件故障现象及原因也千变万化，本文所列内容为日常检修调试过程中常见故障，若要全面掌握相关内容还需要在日常工作中不断的专研与积累，从而提高相关故障分析与排查能力。
        参考文献：
        1.杨永林.《韶山7E型电力机车》.中国铁道出版社.2004
        2.毛振平.王琪.《韶山型电力机车故障应急处理手册》.中国铁道出版社.2009