路景陽(yáng)

(中國(guó)鐵路西安局集團(tuán)有限公司 機(jī)務(wù)處， 西安 710054)

2017年6～7月安康機(jī)務(wù)段配屬的HXD1型機(jī)車連續(xù)發(fā)生6次變流器模塊故障，其中4件四象限模塊故障，2件逆變模塊故障，對(duì)機(jī)車正常運(yùn)用造成了影響。故障情況見(jiàn)表1。

表1 安康機(jī)務(wù)段HXD1機(jī)車模塊故障信息

注①回段—回安康機(jī)務(wù)段。

1 故障分析

1.1 HXD1-1528機(jī)車故障分析

(1) 故障信息

如圖1所示，1528機(jī)車于2017年06月10日04:50:58在IDU屏上報(bào)出“TCU1_四象限2_B相上管故障”、“TCU1_四象限2_B相下管故障”。

圖1 故障信息

(2) 機(jī)車狀態(tài)

如圖2所示，07:49:37機(jī)車報(bào)“TCU1_四象限2_B相上/下管故障”，TCU保護(hù)性分主斷，主斷斷開(kāi)。之后2軸短接接觸器一直在斷開(kāi)狀態(tài)未閉合，機(jī)車維持運(yùn)行。

圖2 故障時(shí)機(jī)車機(jī)車狀態(tài)

(3) 故障原因

圖3所示的是故障時(shí)刻LCC所記錄的瞬態(tài)故障波形。從圖中可看出，故障前中間電壓在1 800 V左右，網(wǎng)壓波形正常，只啟動(dòng)了第一重四象限模塊，電流峰值為300 A左右，總體輸出功率較小。故障時(shí)刻，四象限二模塊沒(méi)有啟動(dòng)，四象限二模塊報(bào)出故障后，系統(tǒng)封鎖四象限一脈沖，未出現(xiàn)中間電壓突變、四象限電流過(guò)流等現(xiàn)象。分析故障時(shí)刻網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，機(jī)車故障時(shí)刻網(wǎng)壓為30 kV，速度為66 km/h左右，水壓差為140 kPa，進(jìn)水口溫度為25℃，出水口溫度為25℃，都在正常范圍之內(nèi)。

圖3 故障時(shí)刻波形圖

(4) 故障品實(shí)物分析

故障品返回后，對(duì)模塊的部件外觀、基本參數(shù)進(jìn)行檢查和測(cè)量，如圖4所示。

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，1528機(jī)車故障模塊的B相驅(qū)動(dòng)板電源線束脫落，其余線束均正常。用萬(wàn)用表測(cè)量各相IGBT的CE極阻值、反并聯(lián)二極管壓降、門(mén)極阻值、檢測(cè)板穩(wěn)壓管、二極管等基本參數(shù)，均未發(fā)現(xiàn)異常。

1.2 其他故障模塊檢測(cè)情況

后續(xù)對(duì)其他故障模塊進(jìn)行解體檢查，HXD1-1552機(jī)車模塊故障完全與1528機(jī)車情況類似，1529機(jī)車也存在驅(qū)動(dòng)板電源線脫落的情況。另3臺(tái)機(jī)車經(jīng)過(guò)檢測(cè)，IGBT元件自身均完好，分析也存在驅(qū)動(dòng)板電源線虛接的情況。

圖4 故障品模塊外觀

1.3 對(duì)機(jī)車TCU變流器模塊運(yùn)行環(huán)境檢測(cè)

根據(jù)故障現(xiàn)象，段方組織生產(chǎn)商對(duì)HXD1型機(jī)車TCU整體及模塊運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)合GB/T 21563-2008[1]標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了對(duì)比監(jiān)測(cè)，選擇了4臺(tái)機(jī)車進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表2。

從測(cè)試的結(jié)果看：

模塊振動(dòng)：HXD1 2臺(tái)機(jī)車三向加速度均超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值，HXD1-1182各向加速度約為標(biāo)準(zhǔn)值的3～4倍左右，低頻振動(dòng)(0～150 Hz)除橫向超標(biāo)外，其余兩個(gè)方向均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。HXD1-1153(因測(cè)點(diǎn)位于模塊導(dǎo)軌上，加速度大小與其他3臺(tái)機(jī)車不同，數(shù)據(jù)無(wú)對(duì)比價(jià)值，僅作參考)各向加速度約為標(biāo)準(zhǔn)值的13～20倍左右，低頻振動(dòng)(0～150 Hz)三個(gè)方向均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求； HXD2-1086機(jī)車垂向振動(dòng)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，縱向約為標(biāo)準(zhǔn)值的5倍左右，橫向約為標(biāo)準(zhǔn)值的1.5倍左右，低頻振動(dòng)(0～150 Hz)三個(gè)方向均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求；HXD2-1157除橫向超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值外，其余兩個(gè)方向均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，低頻振動(dòng)(0～150 Hz)三個(gè)方向均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求；

表2 TCU整體及模塊運(yùn)行環(huán)境檢測(cè) m·s-2

TCU振動(dòng)：HXD1-1182/1153兩臺(tái)機(jī)車振動(dòng)大小相當(dāng)，垂向均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，縱向和橫向均超出標(biāo)準(zhǔn)值，縱向約為標(biāo)準(zhǔn)值的2倍左右，橫向約為標(biāo)準(zhǔn)值的5倍左右。低頻振動(dòng)(0～150 Hz)，兩臺(tái)機(jī)車除橫向超標(biāo)外，其余兩個(gè)方向均達(dá)標(biāo)；HXD2-1086振動(dòng)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。HXD2-1157垂向振動(dòng)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，縱向和橫向振動(dòng)約為標(biāo)準(zhǔn)的1.5～2倍左右。低頻振動(dòng)(0～150 Hz)，兩臺(tái)機(jī)車均達(dá)標(biāo)。

2 故障原因

結(jié)合故障模塊驅(qū)動(dòng)板聯(lián)接線斷線及對(duì)機(jī)車TCU模塊工作環(huán)境檢測(cè)結(jié)果，機(jī)車長(zhǎng)時(shí)間在強(qiáng)振動(dòng)環(huán)境下運(yùn)行，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)板電源線束和連接器壓接處發(fā)生脫落，引發(fā)模塊報(bào)故障。

3 整改措施

根據(jù)測(cè)試及故障原因分析，提出了以下整改措施。

(1)針對(duì)HXD1型機(jī)車振動(dòng)問(wèn)題，經(jīng)機(jī)務(wù)段方組織主機(jī)工廠檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)機(jī)車輪對(duì)存在多邊形特征，是造成機(jī)車振動(dòng)的根源。根據(jù)調(diào)研，采用在軸箱上下雙向定位的新型車床，可徹底消除輪對(duì)已形成的多邊形特征[2]。安康機(jī)務(wù)段采購(gòu)了新型旋床設(shè)備， 2017年6月對(duì)多邊形特征比較明顯的HXD1-1183機(jī)車測(cè)量了新車床旋修前后的輪對(duì)踏面圓周非均勻磨耗情況，其中第5軸旋修前后測(cè)量數(shù)據(jù)如圖5所示。

圖5 HXD1-1183車5軸車輪的測(cè)試結(jié)果

表3是旋前和旋后各車輪的徑跳值，由統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，旋輪前，5 軸左輪的徑跳值最大，為0.269 mm，其他車輪徑跳值均不超過(guò)0.2 mm。旋輪后，3軸右輪的徑跳值最大，為0.061 mm。

表3 徑跳值統(tǒng)計(jì)

HXD11183機(jī)車測(cè)量結(jié)果表明：旋修前，所測(cè)試車輪圓周非均勻磨耗主要表現(xiàn)為16至24 邊形，其中18至22 邊形尤為明顯，第2 軸和第5 軸車輪多邊形最為明顯，表現(xiàn)為18 邊形，各車輪同時(shí)還表現(xiàn)出偏心。旋輪后，所測(cè)車輪原始多邊形均已消除，且偏心現(xiàn)象得到改善。

(2) 機(jī)車主變流器模塊作為機(jī)車主要功率器件，自身在設(shè)計(jì)上需要能夠應(yīng)對(duì)復(fù)雜的運(yùn)行環(huán)境。針對(duì)接線故障，有學(xué)者提出運(yùn)用DOE方法解決[3]或者設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)端子接線故障預(yù)警裝置[4]，本文采用對(duì)原驅(qū)動(dòng)板接線插頭進(jìn)行加固的措施，也可減少故障的發(fā)生。

①原有插頭接線采用剝線后直接壓入端子的接線方式，如圖6所示。

圖6 整改前接線方式示意圖

②將原接線退出后重新剝線，改用熱縮式管狀端子重新壓接。將剝除絕緣層的線束插入熱縮式管狀端子，用壓接鉗0.5 檔位對(duì)熱縮套管金屬部分進(jìn)行壓接一次，壓接完后確認(rèn)熱縮套管與線束壓接緊固，用剪刀剪去超過(guò)熱縮套管金屬部分多余的線束。用熱風(fēng)槍將管狀端子的熱縮套管吹縮。吹縮后注意檢查熱縮管是否有效包裹導(dǎo)線的絕緣層(見(jiàn)圖7)。

圖7 整改過(guò)程圖

③將改造好的驅(qū)動(dòng)電源線插頭重新插接至驅(qū)動(dòng)板插座上，緊固固定螺栓(見(jiàn)圖8)。

圖8 整改前接線方式示意圖

④恢復(fù)插頭，用反光鏡確認(rèn)插頭插接緊固，用綁扎帶對(duì)驅(qū)動(dòng)電源線進(jìn)行綁扎。

⑤恢復(fù)后整車試驗(yàn)正常。

4 結(jié)束語(yǔ)

安康機(jī)務(wù)段自2017年6月起，HXD1型機(jī)車輪對(duì)旋修全部在采用軸箱上下雙向定位的新型車床上進(jìn)行旋修，保證機(jī)車輪對(duì)多邊形消除，降低機(jī)車振動(dòng)。同時(shí)根據(jù)廠方的整改方案，從2017年7月份開(kāi)始在安康機(jī)務(wù)段進(jìn)行HXD1型機(jī)車TCU模塊驅(qū)動(dòng)板接線改造，至2017年10月結(jié)束，運(yùn)用至2017年12月份，未發(fā)生模塊驅(qū)動(dòng)板接線斷裂，虛接故障，有效保證了機(jī)車運(yùn)用質(zhì)量。

機(jī)車運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜多變，機(jī)車振動(dòng)是不可避免的，對(duì)異常振動(dòng)需要綜合施策來(lái)進(jìn)行解決，關(guān)鍵的是機(jī)車各部件也需要提升自身的防振能力，減少故障的發(fā)生。