SS4改型电力机车劈相机电路故障分析及处理.docx
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SS4改型电力机车劈相机电路故障分析及处理
SS4改型电力机车劈相机电路故障分析及处理
摘要
目前我国在经济飞速发展的支撑下，铁路事业也进入了辉煌的时代，发展的力度是前所未有的。
列车的运行速度、列车的运行环境、列车的载重能为有了很大的提升，这种快速的提升也带来了所有科研人员所关注的问题，那就是怎样有效地保证斤车的安全，送也成为全社会关注的问题。
SS4改进型电力机车是我国货运机车的主要车型之一，是在SS4型电力机车的基础上研制的一种机车，具有起动平稳、速度快、运送货物量大等优点。
由于它的性能好，经济效益高而得到广泛的应用与好评。
劈相机是SS4改进型电力机车辅助系统的主要电机之一，它的性能的好坏直接影响到其它辅助电机的正常工作。
异步电动机的许多故障现象都会在劈相机上发生，但劈相机又有其自己的特性。
从劈相机的故障分析来看，主要是电路故障和电机机械故障，本文将主要针对SS4改进型电力机车劈相机的电路故障来进行分析与处理，而对劈相机有一个全面的了解能够快速准确地找到劈相机的故障并及时排除。
关键词：
SS4改型电力机车；劈相机电路故障；故障处理
Abstract
Atpresent,China'srapideconomicdevelopmentinthesupportoftherailwayindustryhasenteredagloriousera,thedevelopmentofstrengthisunprecedented.Theoperationofthetrainspeed,trainrunningenvironment,trainloadcanhavegreatlyimproved,therapidascensionalsobroughtalltheresearchersconcern,thatishowtoeffectivelyensurethepoundsecurityvehicles,alsobecomethefocusofthewholesociety.SS4modifiedelectriclocomotiveisoneofthemainmodelsoffreightlocomotivesinourcountry.ItisakindoflocomotivedevelopedonthebasisofSS4electriclocomotive.Ithastheadvantagesofsmoothstart,highspeedandlargecargodelivery.Becauseofitsgoodperformanceandhigheconomicbenefits,ithasbeenwidelyusedandpraised.ThesplitcameraisoneofthemainmotorsoftheSS4modifiedelectriclocomotiveauxiliarysystem,itsperformancedirectlyaffectsthenormaloperationofotherauxiliarymotors.Manyofthefaultsoftheasynchronousmotorwilloccuronthesplitter,butthesplitterhasitsowncharacteristics.Fromtheanalysisoffaultsplitter,maincircuitfaultandmotorfaultcircuitfault,thispaperwillbefocusedonSS4modifiedelectriclocomotivesplitterforanalysisandprocessing,andhaveacomprehensiveunderstandingtoquicklyandaccuratelyfindthefaultsplitterandtimelyremovethesplitcamera,
Keywords：
SS4modifiedelectriclocomotive;splittercircuitfault;faultprocessing
第1章绪论26
1.1课题研究的目的意义26
1.2国内外研究现状26
1.2.1国内研究现状26
1.2.2国外研究现状27
1.3研究内容及方法27
1.3.1研究内容27
1.3.2研究方法28
第2章SS4G型电力机车劈相机电路特点及原理29
2.1牵引主电路的构成29
2.1.1高压电源电路30
2.1.2整流调压电路30
2.1.3主传动系统电路31
2.1.4加馈制动电路31
2.2SS4G电力机车劈相机特点及原理32
2.2.1SS4G电力机车劈相机特点32
2.2.2SS4G电力机车劈相机的原理32
第3章SS4改进型电力机车劈相机电路故障分析及处理34
3.1接触器故障分析及处理34
3.2电器元件误动作34
3.3劈相机接线错误35
3.4起动电阻值变大问题35
第4章结论36
参考文献37
致谢26
附录错误!
未定义书签。
第1章绪论
1.1课题研究的目的意义
目前我国在经济飞速发展的支撑下，铁路事业也进入了辉煌的时代，发展的力度是前所未有的。
列车的运行速度、列车的运行环境、列车的载重能为有了很大的提升，这种快速的提升也带来了所有科研人员所关注的问题，那就是怎样有效地保证斤车的安全，送也成为全社会关注的问题。
电力机车是铁路运营的动力设备，电力机车的安全运行是完成铁路安全运输生产的一线保障。
在铁路快速发展的今天，机车的稳定、高速与安全运行的可靠保证问题已成为铁路部口最为重视的问题。
SS4改进型电力机车是我国货运机车的主要车型之一，是在SS4型电力机车的基础上研制的一种机车，具有起动平稳、速度快、运送货物量大等优点。
由于它的性能好，经济效益高而得到广泛的应用与好评。
劈相机是SS4改进型电力机车辅助系统的主要电机之一，它的性能的好坏直接影响到其它辅助电机的正常工作。
异步电动机的许多故障现象都会在劈相机上发生，但劈相机又有其自己的特性。
从劈相机的故障分析来看，主要是电路故障和电机机械故障，本文将主要针对SS4改进型电力机车劈相机的电路故障来进行分析与处理，而对劈相机有一个全面的了解能够快速准确地找到劈相机的故障并及时排除。
在单相电网中，劈相机不能自行起动，需采用特殊的起动方法。
异步劈相机的起动方法有辅助电动机起动法和分相起动法两种。
辅助电动机起动法是在劈相机的转轴上安装一台辅助电动机，起动时先由辅助电动机带动劈相机转子转动，待劈相机转速达到一定值时，将劈相机投入单相电网，并切除辅助电动机的电源。
显然，这种起动方法需要增加设备，而且使劈相机的结构复杂，故一般都不采用。
电阻分相起动具有线路简单、设备成本低等优点，因而得到广泛的应用，国产SS系列电力机车上的劈相机都采用电阻分相起动的方法。
1.2国内外研究现状
1.2.1国内研究现状
电力机车故障诊断系统主要包括两方面的内容：
一是对电力机车在运行状态的特征和参数进行及时的提取、检测，二是当电气系统发生故障对故障现象进斤及时的分析得出诊断结果。
这种实施安全监控的系统主要是利用车载设备和地面设备采集到的实时运行的参数对列车运行进行实时跟踪检测，运用列车故障诊断系统来分析、查找、判断故障的处使运行中的排障能可靠高效的完成。
目前故障诊断技术在社会各个领域的应用不断跟进，电力机车故障诊断的方法、手段也层出不穷，在上个世纪90年代这项技术已经成为多种学科的重要研究及应用领域，可W说是一个综合性的共性的研究课题。
上世纪80年代开始，在开放思潮的带动下，我国也跟随世界故障诊断技术的发展开始积极的研究工作，铁道部隶属的科研机构、铁道院校、铁路局在铁道部整体推动下，开始了电力机车、接触网、牵引变电、铁路信号等领域的故障诊断技术研究、开发和应用，在整体政策的导向下这项技术上取得了较大进展，在应用中也产生了明显的经济效益。
在诊断技术的探索与应用方面，我们采用的包括模式识别、灰色系统、模糊数学、专家系统、小波变换、神经网络，遗传算法等。
车载故障诊断技术的应用开始于20世纪90年代中后期，随着我国高铁技术的发展，准高速机车、高速机车和动车组都运用了车载故障诊断这一技术，但这一技术运用之处只是具有一些简单的故障诊断功能，如SS8型电力机车、神州号内燃动车组动力车等。
1.2.2国外研究现状
在上个世纪70年代，日本、法国、德国在电气设备的动态检测技术和实时监控技术上已经取得了较大的成就，尤其在铁路智能运输系统方面的研巧尤为领先。
日本也是这个研究领域中第一个实现高速铁路的国家，速度的大幅提升带来的安全性可靠性的研究促使日本率先开始重视故障诊断技术在这一领域的应用，他们通过成立专口的研究机构——铁道机车故障诊断联络会深入开展电力机车髙压电源系统、主传动系统及辅助设备系统的故障诊断研巧，开发出集合专家经验的数据库，称之为“专家系统”，这对铁路故障诊断领域起到了积极的推动作用。
在德国，也随着高速铁路技术的发展，高速列车ICE又让铁路轮轨技术的发展和故障诊断成为前沿课题。
ICE中诊断技术最大的特点是每个电子控制单元都能实现自诊断，车载控制系统通过总线接收来自子系统的实时监测报告，一县故障出现，列车控制系统报警，提示司机处理建议，这一研究成功地实现了对整个列车的全面诊断。
在同一时期，传感检测技术的发展为诊断技术的准确性做出了突出贡献。
目前随着这些技术的不断成熟为故障诊断技术的发展提供了新的发展方向，全局化、网络化及在线诊断技术代表这目前沒一时期的最先进的铁路技术。
1.3研究内容及方法
1.3.1研究内容
针对SS4改进型电力机车劈相机的电路故障进行了深入的分析，对故障形成原因
进行了探讨，并在些基础上，对故障的排除提出了一些看法。
1）介绍SS4改进型电力机车劈相机特点；
2）分析SS4改进型电力机车劈相机工作原理；
3）总结SS4改进型电力机车劈相机常出现的故障种类并分类；
4）进行劈相机控制操作，并分别对手动控制电路和自动电路进行分析
1.3.2研究方法
（1）
SS4G
文献调研。
调研国内外关于SS4改型电车常出现故障及解决方法,劈相机的特点以及工作原理，并总结SS4G型劈相机常出现的故障特点。
（2）进行劈相机操控实践操作,并分别对手动和自动电路进行分析。
第2章SS4G型电力机车劈相机电路特点及原理
SS4G型电力机车是借鉴了上世妃80年代我国在国际公开招标的8K、6K型电力机车上的一些先进技术而设计出的，该车型也是在SS4和SS5型电力机车的机车基础上技术进一步消化吸收的产品。
SS4G型机车为固定重联型货运电力机车，每节车均为一套完整的电气系统，主牵引电路调压采用四段经济桥整流电路，为提高轮轨粘着利用率，2
（BO-BO）转向架采用独立供电方式，即每台转向架拥有其相应的独立相控式整流装置。
SS4G型电力机车电阻制动采用加馈制动方式，防止在低速情况下制动力过小达不到理想的制动效果，采用加馈制动将励磁方式改接为他励，每车主极绕组串联，再由一段半控桥供电本章重点阐述主电路及辅助电路原理，为系统整体设计提供深入的理论依据。
2.1牵引主电路的构成
SS4G型电力机车牵引主电路的构成如图所示，包括：
变压器一次侧的高压电源电路电路、二次侧的H段不等分整流调压电路、直流牵引电路、加馈电阻制动电路与主电路对应的保护电路等部分。
图2-1SS4G型电力机车主电路
SS4G型电力机车主电路具有如下特点：
（1）机车全部采用传感装置检测牵引电机电枢电流、励磁电流、调压整流电流、接触网网压，运行系统的信息精度较高，为过程监控提供了可靠的保证。
（2）采用了加馈制动方式，其基本原理是将每节车两台转向架上的四台牵引电机励磁绕组与电枢绕组断开，在将四台电机的励磁绕组串联，由一台半控桥式整流器提供励磁电源，将电机由原来的串励改接成他励，将电机的电枢绕组与各自的制动电阻先串联后再并联成四条支路，并与桥式整流电路串联，当在低速时，整流电路输出加馈电流来补充制动力。
（3）为抗干扰并提高机车的功率利用率，节约能源，增加了功率因数补偿装置PFC电容装置。
2.1.1高压电源电路
高压电源电路包括变压器一次侧的牵引电流电路及用于检测、保护功能的低压电路。
基本原理是由受电弓引入接触网19-29KV高电压I经主断路器、高压电压互感器、高压电流互感器引入到变压器的原边，变压器原边电流经主变压器的原边绕组由机车接地装置与牵引变电所形成回路。
两节车之间通过车顶母线和高压连接器进行高压电源连接。
低压部分主要的电气设备有：
过流继电器、网压表、电能表、功补装置用电压互感器等。
用于检测网压变化范围、原边电流范围及提供电度表的电压信号等。
2.1.2整流调压电路
SS4改型电力机车采用S段半控桥式电路形式但控制方式采用了功率因数较高的四段经济桥控制方式，由于要实现转向架独立控制方式W提高轮轨间的粘着，因此SS4改
型电力机车是转向架独立供电的方式，每一转向架上均有自己的整流调压电路。
这种多段桥顺序控制有效地降低高次谐波，提高了功率因数。
SS4G型顺序整流桥工作的顺序为albl、a2x2、a2x2+a1b1、a2x2+a1b1+b1x1，这种调庄方式的优势是调压连续提高了功率因数，但增加了变压器抽头的数目，降低了机车运行的可靠性。
整流调化电路如图2-2所示。
2.1.3主传动系统电路
主传动电路是机车牵引电机工况转换的电路部分，简化电路见图2-1。
在电路中由
整流调压电路提供可变化的直流电压满足牵引电机速度的变化调整，牵引电机的电枢绕
组、励磁绕组及制动电阻组成牵引电机主回路。
下图是单台转向架的电路模型，可以看出，SS4型电力机车采用的是转向架独立供电方式，两台串励型直流牵引电机并联运行，整流调压设备为其供电，每一转向架的供电电路是完全相同且完全独立的。
在牵引电机的电枢回路设置直流电流传感器和直流电压传感器，电机电流与电压反
馈信号由上述传感器提取，再送入电子控制柜处理后反馈至司机台的电流表与电压表，显示出牵引电流及牵引电压的读数。
这种传感设备在牵引系统中常用，它设置在电枢两端，不论电机处在牵引工况或是制动工况，都能反应此时牵引电机的电压及电流水平，当其中任意一台牵引电机反生“飞车”现象，牵引电压迅速上升，反应较快。
2.1.4加馈制动电路
加馈制动是电阻制动的一种形式，这也是SS4改型电力机车在原来机型的基础上的一大特点。
他克服了列车在低速时制动力不足的缺点，获得了较好的电制动特性。
图2-3SS4G型电力机车整流调压电路
机车低速时处于加馈制动，机车在进行电阻制动时，牵引主回路经位置转换开关转换开关将电枢绕组与励磁绕组脱离，形成他励结构，将电枢绕组再与制动电阻串联。
每一转向架过程独立的牵引主回路，主变压器为励磁绕组供电。
这种制动之所以能克服低速下制动力小的原因在于在制动中制动电流随着机车速度的减小而减小，机车轮周制动
力与制动电流成正比，我们正是利用的这一规律，在车速低的时候通过外加电源补充制动电流，人为使得制动电流增大，获得较为理想的制动效果。
图2-3为SS4型机车制动
工况时的简化电路图
2.2SS4G电力机车劈相机特点及原理
2.2.1SS4G电力机车劈相机特点
SS4型改进型电力机车采用了YPX2-280M-4型劈相机，其设计原理与SS3型电力机车的异步劈相机一样。
但区别在于有目的的减少其容量，为确保辅助系统所需要的容
量，藉助单相电网和工作电容的输出来补偿，不仅对劈相机本身，而且对辅助电路及各相关电器也带来了不少好处。
由于劈相机的容量减少了，三相电流也跟着减少了，不仅减少了劈相机本身的体积和重量，与此同时也节省了昂贵的铜线和硅钢片等金属材料，而且使有关电器的工作电流减少，避免了SS4改进型电力机车在全制动工况时，劈相机的接触器严重超过负荷及由此带来的一些后患，从而使机车运行的可靠性进一步提高。
2.2.2SS4G电力机车劈相机的原理
SS4改进型电力机车的劈相机实际上是单相电动机与三相发电机的组合。
SS4改进
型电力机车上所有的辅助电动机均由主变压器的辅助绕组a6-x6供给单相电源，经异步
劈相机将单相电源劈成三相电源，再供给辅助电路的所有三相异步电动机使用。
异步劈相机的结构与三相异步电动机不同，转子为鼠笼式，定子绕组按三相不对称规律嵌入在定子槽内，劈相机实际上是单相电动机与三相发电机的组合。
劈相机的电负荷不是固定的，是随机车运行工况的改变而变动。
劈相机是SS4改进型电力机车中受力比较复杂的一种电机，它既要承受大功率电流的负荷，而且又要受到各种扭转力矩的影响，因此在实际工作中它的故障率比其它辅助电机要高一些。
劈相机电阻分相起动原理线路如图2-4（a）所示，图中RQ为起动电阻。
图2-4劈相机电阻分相起动原理图
当劈相机的电动相绕组UV接通单相电源起动时，可以把定子绕组看作是由两相组成：
一相是VOU,它直接由单相电源供电；另一相是VOW,它与起动电阻RQ串联后由单相电源供电。
这时流经VOU相电流IQ1滞后电压Uvu90°电角，而流经VOW相电流Q2I滞后Uvu?
角（?
V90°）,如图2-4（b）所示。
这两个时间上有不同相位的起动电流通人在空间彼此相差一定电角度的两相绕组中，所产生的气隙合成磁场是一个旋转磁场，在该磁场的作用下能产生较大的起动转矩，使劈相机的转子转动起来。
当转速达到同步转速的80%-90%寸，借助接触器切除起动电阻，起动即告完成，劈相机投入空载运行。
图2-5劈相机启动原理图
第3章SS4改进型电力机车劈相机电路故障分析及处理
3.1接触器故障分析及处理
接触器故障是导致劈相机不能正常运转的原因之一，具体表现为劈相机通电后转子不转，无任何反映，或是劈相机启动后发出嗡嗡的异响，转轴不转或是转动缓慢并且有发热现象。
若劈相机通电后转子不转基本就可以确认是劈相机接触器出现了损坏，可以拆下劈相机接触器201KM，检查其触点在通电情况下是否闭合良好，如无反应，说明接触器已经损坏，更换新的接触器后可以排除故障。
劈相机启动后发出嗡嗡的异响，转轴不转或是转动缓慢并且有发热现象，此种情况下往往劈相机起动信号会显示不灭，是劈相机单相运转所致，基本可以确认是劈相机接触器或是起动电阻接触器发生不动作故障，在检查确认后更换接触器可以排除故障。
若检查劈相机接触器及起动接触器后动作没有问题，则表明是电机内部故障，应对电机进行立即检修。
接触器是属于动作元器件，不断的闭合断开对于可靠性会产生影响。
在机车运行中若劈相机接触器发生故障后果会十分严重，不能及时处理甚至会造成重大事故。
因此，为了避免在机车运行中发生此类故障，在机车辅修时，应着重对劈相机接触器的可靠性进行检查，确保劈相机接触器闭合、断开动作完全可靠、灵活，没有卡住及接触不良、线圈过热等现象，只有防患于未然，才能确保机车运行过程的安全可靠无故障。
3.2电器元件误动作
劈相机电器元件误动作主要有辅机过流保护误动作以及起动继电器误动作。
辅机过流保护误动作表现形式为劈相机起动后，机车的信号显示屏上劈相机起动信号显示不灭，过流保护延时不能提前动作，劈相机停止工作。
产生此种故障的原因一般为辅机保护插件出现问题，可通过拔出辅机保护插件，按下劈相机接触器手动按钮来进行故障检验，如果劈相机能够正常起动，则说明劈相机过流保护出现故障，更换保护插件后即可排除故障。
起动继电器误动作分为提前误动作与晚动作或不动作。
劈相机起动后，起动信号显示为“显示-熄灭-再显示”，劈相机在某一转速下“爬行”或降速至停转，辅机保护动作，那么基本可以判定为起动继电器提前误动作，起动继电器在劈相机转速没有达到额定转速的0.9倍就将起动电阻切除，导致故障现象的发生；起动继电器晚动作或是不动作的故障表现形式为劈相机起动后剧烈抖动、电磁噪音大且起动信号显示不灭，起动电阻迟甩或甩不开导致发红或烧断。
此种故障现象发生时应立即切断电源，及时检
查及排除起动继电器是否误动作，避免出现劈相机被烧坏的严重后果。
3.3劈相机接线错误
从SS4改进型电力机车的辅助电路图可以看到，劈相机电动第一相U1端子与机车202母线相连，劈相机的电动第二相V1端是与机车201母线相连的。
发电相WL端子与203母线相连，起动电阻接在U相与W相之间。
如果劈相机任意两根线互换，这都会使劈相机反转。
如果劈相机反转，则表明有两根线接反，就应判断为劈相机接线错误。
应立即打开劈相机接线盒检查。
但有一种特殊情况：
当三相接线相互反接时，劈相机转向与正常转向一致，即：
劈相机电动第一相V1端子接机车201母线，劈相机电动第二相V1端子接203母线，劈相机发电相W1端子接机车202母线，V相作为发电相与起动电阻连接，由于起动电阻与V相绕组不匹配，劈相机起动困难，且由于V相绕组匝数最少，即使劈相机启动起来，由于三相电压严重不对称，使负载电机启动困难，这时劈相机带不动负载，对此检修人员也应打开劈相机接线盒，认真检查劈相机联线，并加以更正。
3.4起动电阻值变大问题
起动电阻值变大会导致劈相机的起动转矩变小，使劈相机在低网压下的起动变得困难甚至不能起动。
其形成原因为电阻的制造公差较大或者每次起动时间较长，使劈相机起动电阻发烫或烧红，产生氧化反应导致有效截面积变小，长期积累劈相机起动电阻值会逐渐变大。
对于此种故障，可以用兆欧表测量劈相机起动电阻值，如果大于0.79欧，则应及时更换新的劈相机起动电阻。
第4章结论
本文研究的对象是SS4G型电力机车故障诊断系统策略的改进及系统软件的开发，论文在对SS4G型电力机车常见的故障分析的过程中发现，SS4G型电力机车的严重故障较多地集中在主电路高压电器和辅助设各的电气故障方面，目前应用广泛的故障诊断策略对这类故障的原因分析还是较薄弱的环节，经过论证发现某些隐形的故障在设备静态当中确实难以发现，凭借传统的传感装置很容易产生错误判断或判断误差，降低了故障诊断系统的可靠性。
本除上述电路故障外，SS4改进型电力机车劈相机还有其它一些故障，故障形成原因也是多种多样具有复杂性，但无论是何种故障，只有对劈相机的特点以及工作原理充分理解与掌握，就不难通过分析找出故障原因，从而采取合理的处理方法排除故障。
参考文献
[1]王光明.劈相机接触器触头焊接造成劈相机烧损的防止措施[J].电力机车技术.1999（02）
[2]王应志•机车劈相机的接线故障分析[J].电力机车与城轨车辆•2004（02）
[3]张光群，文俊熙•劈相机的电压电流动态测量[J].
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