HXD3型电力机车常见故障分析与处理
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摘要
HXD3型电力机车是由中国北车集团大连机车车辆有限公司与日本东芝公司于2001年起合作研制的大功率交流传动货运电力机车。HXD3型电力机车是目前世界上批量投入商业运行的6轴电力机车中功率最大的交流传动电力机车,该型机车应用了先进的网络控制、交流电机矢量控制和轴控驱动方式等一系列新技术,使我国铁路机车技术装备全面
进入世界先进行列。郑州机务段在2009年9月配属了32台HXD3型电力机车,每台机车都经过全面检查整修后才投入运用,该型机车充分满足了重载、快速货物运输的需要,然而,在实际运用过程中,还是发现HXD3型电力机车存在着一些问题,影响了该型机车的正常运用。
关键词：HXD3；常见故障；分析与处理
目录
摘要........................................................................................................................................ 目录..................................................................................................................................... I 引言 0
型电力机车主要特点 (1)
.机车主要技术性能指标 (2)
.机车设备布置 (4)
司机室设备布置 (4)
车顶设备布置 (4)
.机车冷却系统 (5)
.机车主要部件介绍 (5)
真空断路器结构特点及优点 (5)
主变压器特点 (5)
变流装置 (5)
复合冷却器 (6)
常见的故障分析 (7)
.受电弓故障 (7)
. 主断合不上 (8)
.提牵引主手柄，无牵引力 (9)
.主变流器故障 (9)
.辅助变流器故障 (9)
.油泵故障 (10)
.主变油温高故障 (10)
.牵引风机故障 (10)
.冷却塔风机故障处理 (11)
.空转故障 (11)
充电电源（PSU）故障 (11)
.控制回路接地 (11)
.原边过流故障 (12)
.各种电气故障不能复位、不能解决的处理 (12)
.制动机系统故障产生的惩罚制动 (12)
3、HXD3应急处理 (13)
.升不起弓 (13)
.主断合不上 (14)
.提牵引主手柄，无牵引力 (14)
.油泵故障处理 (14)
.油流继电器故障处理 (15)
.油温高继电器动作处理 (15)
.牵引风机故障处理 (15)
.牵引风机风速继电器故障处理 (15)
.冷却塔风机故障处理 (15)
.主变流器CI整流、逆变组件故障处理 (16)
.主变流器接地故障处理 (16)
.牵引电动机过流故障处理 (16)
.牵引电动机接地故障处理 (17)
.电机转速传感器故障处理 (17)
.充电电源投入情况检查(非常重要) (17)
.大、小闸操作异常处理 (17)
.各种电气故障不能复位、不能解决的处理 (18)
结论 (19)
致谢 (20)
参考文献 (21)
引言
HXD3型电力机车是由中国北车集团大连机车车辆有限公司与日本东芝公司于2001年起合作研制的大功率交流传动货运电力机车。HXD3型电力机车是目前世界上批量投入商业运行的6轴电力机车中功率最大的交流传动电力机车,该型机车应用了先进的网络控制、交流电机矢量控制和轴控驱动方式等一系列新技术，使我国铁路机车技术装备全面。
论文从HXD3型电力机车的结构，车体组成等各个方面进行介绍总结，同时也参考了郑州机务段的一些实践结论，尤其是对机车常见问题的分析总结，在机车的常见故障上，通过参考，自己的总结得出了一些自己的东西，本篇论文让我知道了自己知识的不足，为我今后的发展也奠定了基础，培养了自己的自学能力，论文中如同不足的地方还希望各位老师，同学给你指出，谢谢大家。
型电力机车主要特点
轴式为C0-C0，电传动系统为交直交传动，采用IGBT水冷变流机组，1250kW大转矩异步牵引电动机，具有起动（持续）牵引力大、恒功率速度范围宽、粘着性能好、功率因数高等特点。
辅助电气系统采用2组辅助变流器，能分别提供VVVF和CVCF三相辅助电源，对辅助机组进行分类供电。该系统冗余性强，一组辅助变流器故障后可以由另一组辅助变流器对全部辅助机组供电。
采用微机网络控制系统，实现了逻辑控制、自诊断功能，而且实现了机车的网络重联功能。
总体设计采用高度集成化、模块化的设计思路，电气屏柜和各种辅助机组分功能斜对称布置在中间走廊的两侧；采用了规范化司机室，有利于机车的安全运行。
车体的主要作用是承受上部载荷和传递机车牵引力；同时车体又是机车各动力机组和设备的安装基础；并要为乘务人员提供工作场所，因此，要求为乘务员提供良好的工作环境的同时，更为重要的是要求车体钢结构具有足够的强度和刚度。采用带有中梁的、整体承载的框架式车体结构，有利于提高车体的强度和刚度。
转向架采用滚动抱轴承半悬挂结构，二系采用高圆螺旋弹簧；采用整体轴箱、推挽式低位牵引杆等技术。
采用下悬式安装方式的一体化多绕组（全去耦）变压器，具有高阻抗、重量轻等特点，并采用强迫导向油循环风冷技术。
采用独立通风冷却技术。牵引电机采用由顶盖百叶窗进风的独立通风冷却方式；主变流器水冷和主变压器油冷采用水、油复合式铝板冷却器，由车顶直接进风冷却；辅助变流器也采用车外进风冷却的方式；另外还考虑了司机室的换气和机械间的微正压。
采用了集成化气路的空气制动系统，具有空电制动功能。机械制动采用轮盘制动。
采用了新型的模式空气干燥器，有利于压缩空气的干燥，减少制动系统阀件的故障率。
.机车主要技术性能指标
工作电源
电流制单相交流50Hz
额定电压25kV
在～31kV之间时，机车能发挥额定功率，在～和～范围内机车功率按不同斜率线性下降，在时功率为零；在31kV～范围内机车功率线性下降至零。
牵引性能参数
电传动方式交－直－交传动
持续功率7200kW
机车速度：持续制速度70k m/h（23t轴重）
65km/h（25t轴重）最高速度120k m/h 起动牵引力520kN（23t轴重）
570 kN（25t轴重）持续牵引力（半磨耗轮）370kN（23t轴重）
400 kN（25t轴重）恒功率速度范围65km/h～120km/h（25t轴重）
70km/h～120km/h（23t轴重）
动力制动性能参数
电制动方式再生制动
电制动功率7200kW（70km/h～120km/h）（23t轴重）
7200kW（65km/h～120km/h）（25t轴重）最大电制动力370kN（15km/h～70km/h）（23t轴重）
400kN（15km/h～65km/h）（25t轴重）主要结构尺寸
轨距1435mm 轴式C0-C0
机车总重138t % t （23t轴重）150t % t （25t轴重）
轴重23+2 t 机车前、后车钩中心距20846mm
车体底架长度19630mm 车体宽度3100mm
车体高度4100mm（新轮）
主要结构尺寸
机车全轴距14700mm 转向架固定轴距2250+2000mm 车轮直径1250mm（新轮）1200mm（半磨耗）1150mm（全磨耗）受电弓落下时，滑板顶面距轨面高度4775±30mm
受电弓滑板距轨面的工作范围5200～6500mm
车钩中心线距轨面高度（新轮）880±10mm
排障器距轨面高度110±10mm
机车微机控制功能
机车预备的顺序逻辑综合控制
机车牵引力和制动力控制
机车空电联合制动控制
机车主、辅电路过流、过压、欠压、接地等保护控制
机车空转/滑行保护控制
机车重联控制
机车轴重转移补偿控制
机车定速控制
停车状态下，微机控制系统自诊断功能
行驶过程中对被控对象进行实时在线监测诊断功能
故障信息的记录、保存和显示功能
故障记录的转储功能
机车动力学性能
机车能以5km/h速度安全通过半径为125m的曲线，并应能在半径250m的曲线上进行正常摘挂作业。
机车单机以120km/h速度于平直道上施行紧急空气制动时，最大制动距离≤800m（23t轴重）≤900m（25t轴重）
.机车设备布置
在机车的两端各设有一个司机室，两个司机室的中间是机械室。在机械室内设有600mm宽的中央通道，在通道左右两侧设有主变流装置、通风机、压缩机等设备。在车体下设有2台3轴的转向架及主变压器，在顶盖上设有高压电器。车内设备布置以平面斜对称布置为主，设备成套安装，有利于机车的重量分配和机车的制造、检修和部件的互换等。
司机室设备布置
司机室内设有操纵台、八灯显示器、司机座椅、端子柜、热水器、紧急放风阀、灭火器等设备。司机室顶部设有空调装置(冷热)、风扇、头灯、司机室照明等设备。司机室前窗采用电加热玻璃，窗外设有电动刮雨器，窗内设有电动遮阳帘；侧窗外设有机车后视镜。在操纵台上设有TCMS显示器、ATP显示器、压力组合模块、司机控制器、制动控制器、扳键开关组、制动装置显示器、冰箱、暖风机、脚炉和膝炉。
车顶设备布置
车顶设备配置分布在顶盖由3个顶盖上，1端顶盖、2端顶盖配置有受电弓，中央顶盖上配置有高压隔离开关、高压电压互感器、真空断路器、避雷器、接地开关等高压电器。
在中央顶盖上设有检修升降口，由此上车顶进行检修和维修作业。(为确保安全，天窗设置钥匙联锁装置。)
.机车冷却系统
主要包括主变压器系统冷却、主变流装置系统冷却、牵引电动机冷却、辅助电源装置冷却、空气压缩机的冷却及包括卫生间通风及车内换气等
.机车主要部件介绍
真空断路器结构特点及优点
真空断路器以真空作为绝缘介质和灭弧介质，利用真空状态下的高绝缘强度和电弧高扩散能力形成的去游离作用进行灭弧的。电弧熄灭后，介质强度恢复速度特别高。
与空气断路器相比，它具有结构简单、工作可靠、分断容量大、动作速度快、绝缘强度高等诸多优点。另外，真空灭弧室不需要检修，整机检修工作量小，维修方便。主变压器特点
1 高压引线采用法国NEXANS公司的端子。在低压套管出线装置中采用了新型合成树脂的出线装置，具有安装拆卸方便，可靠及使用寿命长的特点。
2虑到了机车的使用环境，提高了变压器的抗振性能，所以该变压器具有抗震、耐久的特点。
3温度计等需要经常检测及保养的部件装配在油箱侧面，以便于进行维护保养、检查。
4将通过强大电流的低压出线装置分别安装在主变流器最近处，使其间连线最短。变流装置
每台机车装有两台变流装置，每台变流装置内含有三组牵引变流器和一组辅助变流器，使其结构紧凑，便于设备安装。
牵引变流器采用强制循环水冷方式。这种方式具有冷却效果好、无污染、重量轻、结构上维修方便等特点。
冷却液采用亚乙基二醇纯水溶液，确保在－40℃时不冻结。
另外，牵引变流器的冷却液和主变压器（Mtr）的冷却油经过复合冷却器循环，依靠复合冷却器风机进行强制风冷。
每组牵引变流器由一个四象限和一个逆变器组成。整流器单元使用了模块化IGBT 元件，采用脉宽调制（PWM）方式、两点式电压型，通过高次谐波整流和错开各组控制载波的相位，从而降低高次谐波和提高功率因数。
逆变器单元同整流器单元一样使用模块化IGBT元件、实现单元的标准化。
通过采用IGBT元件和32bit高速演算控制装置的配合，采用矢量控制方式，来实现电机转矩的控制，达到快速响应，提高粘着利用率和实现空转滑行保护控制。
辅助变流器APU是辅助电动机供电电路的核心。APU向牵引通风机电机和压缩机电机等辅助机器供给三相交流电，具有变压变频（VVVF）控制和恒压恒频（CVCF）两种控制方式。两台复合冷却器风机和六台牵引通风机电机为了确保适应机车状况的冷却风量和降低运转声音，按照VVVF控制模式进行设定。
APU通过使用IGBT的PWM整流器单元把从主变压器三次线圈供电的交流电转换为恒定电压的直流电，再供给由IGBT构成的逆变器单元，通过逆变器转换为三相交流。
辅助变流器（APU）单独采用强制风冷方式。
机车共设有两套辅助变流器UA11、UA12。在正常情况下辅助变流器UA11、UA12全部工作，基本上以50%的额定容量工作，辅助变流器UA11工作在VVVF方式，辅助变流器UA12工作在CVCF方式，分别为机车辅助电动机供电。当某一套辅助变流器发生故障时，不需要切除任何辅助电动机，另一套辅助变流器可以承担机车全部的辅助电动机负载。此时，该辅助变流器按照CVCF方式工作，从而确保机车辅助电动机供电系统的可靠性。
复合冷却器
复合冷却器的型号为FL220，复合型全铝合金板翅式高效冷却结构，上部为水散热器，用于冷却变流器，下部为油散热器，用于冷却主变压器。
全铝合金板翅式结构的油冷却器，具有每单位容积的传热面积大，性能优良，体积小，重量轻的优点。
空气冷却复合冷却器时，会在冷却器芯子的波纹形散热片上积留灰尘，灰尘过厚将影响散热效果，因此，在每一次中修时，均需要清洗冷却器芯子。
在堵塞严重时应进行水洗或用水蒸气进行清洗。
常见的故障分析
.受电弓故障
现象：升不起弓或自动降弓
处理方法：
1、检查升弓气路风压是否高于600kPa。如低于此值应按压一下辅压机按钮SB95（在控制电器柜上），使用辅助压缩机泵风，当风压达到735kPa时，辅助压缩机自动停打。
2、检查控制电器柜上的各种电器开关位置，应置于正常位置。如有跳开现象，请检查确认后，重新闭合开关。
3、换弓升弓试验。
4、若机车运行中自动降弓，停车确认受电弓损坏程度，记录刮弓的地点。通过低压电器柜上的开关SA96，控制隔离开关QS1或QS2隔离损坏的受电弓。可以换弓继续运行。
若刮弓导致受电弓破损严重，需要登车顶作业，请求停电，参照执行机安函[2006]135号文件内容，做好必要的安全防护。
5、若故障在乘务员接乘时出现，检查管路柜内蓝色钥匙，应处于竖直位，即开放状态。
6、故障在接乘时出现，可以使用正常的受电弓运行，也可以按照下面的步骤查找故障受电弓的问题。
7、检查升弓塞门U98，应置于打开位置（顺位开通）。
8、主断控制器，将其上面的开关置于“停用”位置，如能升起弓，说明主断控制器故障。
. 主断合不上
处理方法：
1、检查气压正常，不低于于650kPa。（保证风压继电器KP58闭合）
2、检查司控器主手柄处于“0”位。
3、检查两端司机室操纵台上的紧急制动按钮，应该在弹起位。
4、半自动过分相按钮在正常弹起位。
5、过分相后合不上主断，关闭全自动过分相装置。
6、若故障在接乘时发生，检查各相应的塞门开关。检查主断气路塞门U94置开启位（顺位开通）。检查CI试验开关SA75置“正常”位。
.提牵引主手柄，无牵引力
处理方法：
1、确认各风机启动完毕（换向后，风机启动）。
2、确认停车制动在缓解位，制动缸压力小于15OkPa时操纵台停车制动红色指示灯应熄灭。
3、确认制动系统CCB-II显示幕不显示动力切除状态。
4、监控未发出卸载信号。
5、通过TCMS显示屏查看机车部件的状态，发现异常，到低压电器柜检查对应的自动开关是否处于闭合位。
.主变流器故障
现象：跳主断，故障显示灯亮，微机显示主接地、牵引电机过流、主变压器牵引绕组过流、中间回路过电压、网压异常等信息
处理方法：
1、将司控器手柄回“0”位，按操纵台“复位”按钮，再合主断提手柄试验。此时注意TCMS提示的内容，包括故障信息和电机牵引力情况。
2、如合不上主断，或提手柄后就跳主断，应根据提示隔离相应的主变流器，然后再合主断试验牵引。隔离操作需要在微机屏上手触进行。隔离切除后，机车损失部分动力。
注：当故障严重时，在司机室有可能听到机械间里有很大的“放炮”声音，并可能有冒烟现象，司机室微机屏显示相应的主变流器故障。
.辅助变流器故障
现象：跳主断，故障显示灯亮，微机显示辅助变流器输入过流、辅助回路过载、中间回路过电压、辅助回路接地等故障信息
处理方法：
1、辅助变流器有二组，当一组出现故障，微机会自动转换。此时通过微机显示屏查看信息，KM20应闭合。
2、若微机转换异常，可以手触显示屏“开放”故障的一组辅助变流器，让TCMS 切除转换；也可以断合低压电器柜上的辅助变流器自动开关QA47进行复位转换。
3、若还不能正常转换，需要停车降弓，断开蓄电池总电源30秒以上进行复位。
注：当切除一组辅助变流器后，牵引风机将全速运转，只有一台空压机投入工作。.油泵故障
现象：机车降功率1/2，微机显示信息，故障显示灯亮
处理方法：
1、当二个油泵有一个故障时，先断合几次故障油泵的空气自动开关（QA21、22），如能恢复继续运行。
2、如仍有故障，TCMS检测到信号后会自动将相应的三组主变流器隔离，即切除一个转向架的动力。在可能的情况下，维持运行至前方站，再做处理。
.主变油温高故障
现象：跳主断，继电器KP52动作，微机显示信息。
处理方法：
1、在停车状态下，用手触摸油箱检查油温,观察机车右侧油温表是否异常，不能高于90℃。若油温高，油温高继电器动作，不允许机车运行，否则影响变压器绝缘、氮气保有量等，需请求救援。
2、断合总电源复位，若故障消除继续运行。无效，请求救援。
.牵引风机故障
现象：机车降功1/6，故障显示灯亮，微机显示风机故障或风速故障
处理方法：
1、当一组风机故障时，可断合几次相应的空气自动开关（低压电器柜上）。
2、若故障无法恢复，TCMS会自动将相对应的一组CI切除，也可在微机屏手触切除，即主变流器六组中有一组不工作，机车保持5/6的牵引力，可维持运行。
.冷却塔风机故障处理
现象：故障显示灯亮，微机显示冷却塔风机或风速故障
处理方法：
1、当一组冷却塔风机故障时，可断合几次相应的空气自动开关（QA17、18）。
2、如确实故障，只在TCMS显示器上报故障，机车仍能继续牵引。
注意：虽然能正常工作，但变压器油温会逐渐升高，最终会因为油温高而停止动力输出。司机可根据牵引吨位、行走路程，判断是否前方站停车，也可以征求技术人员意见作出判断。
.空转故障
现象：空转故障显示灯亮，微机显示电机空转
处理方法：
1、按压“复位”按钮，适当降低牵引级位，人工撒砂。
2、若某个电机持续空转，通过微机屏切除相应的主变流器。机车损失1/6动力。充电电源（PSU）故障
现象：微机显示PSU故障
处理方法：
1、PSU有二组，当有一组出现故障，微机会自动转换。
2、若微机没有转换，尽量在前方站停车，输入检修密码“000”，修改日期，例如今天是6月1日，改成6月2日或5月30日等，以此类推，即改变日期的奇偶数，断合总电源复位，微机重启将PSU转换到另外一组工作。
.控制回路接地
现象：操纵台控制回路接地故障显示灯亮，控制回路接地开关QA59跳开
处理方法：
1、检查低压电器柜上的各开关，是否有跳开（除QA59）。
2、若有跳开，查看其对应的功能，尝试重新闭合。
.原边过流故障
现象：主断跳开，故障显示灯亮，微机显示信息
处理方法：
1、手柄回零，按“复位”按钮，重新闭合主断试验牵引。
2、若无效，请求救援。
.各种电气故障不能复位、不能解决的处理
本机车是微机控制机车，多数故障微机系统能自动进行转换处理，并提示相关的信息。
若微机系统没有处理或转换异常，而现存故障又严重影响机车牵引时。需要停车降弓，断开蓄电池电源30秒钟以上（QA61），让微机系统重启复位。
特别注意：机车在断开蓄电池总电源后，列车管压力将以常用最大减压量减到0。.制动机系统故障产生的惩罚制动
现象：机车实施常用或紧急制动，制动显示屏显示惩罚制动、显示器识别错误等信息。
处理方法：
1、通过变换制动机手柄位置，尝试恢复。
2、停车降弓，断开蓄电池总电源30秒钟以上，再重新闭合。
3、这种故障一般只在一个操纵端出现。乘务员换成后端操纵，二人配合，一人控制机车，一人在前端了望，将列车维持进前方站后，请求救援。
3、HXD3应急处理
.升不起弓
检查升弓气路风压是否低于500Kpa，如低于此值应按一下辅助风泵打风按钮（在控制电器柜上），辅助风泵会一直打风，当风压达到735Kpa时，辅助风泵打风停止。
检查管路柜内升弓阀是否在升弓位置，此阀门是一个蓝色钥匙，阀门打开时，蓝色钥匙拔不出来，如钥匙能拔下说明升弓阀在断开位置，应将钥匙旋转90度，此时能听得空气流动声音。
检查升弓塞门U98，应置于打开位置。
检查控制电器柜上的各种电器开关位置，应置于正常闭合位置，如有跳开现象，请检查确认后，合上开关。
将微机显示屏翻到检修状态下信号输入输出画面，合升弓开关，观察501（601）、515（615）或514（614）、425颜色，绿色为正常；其中501（601）为电钥匙，515（615）、
514（614）为升弓开关前弓和后弓，425为主断接地开关。如在1端按下前弓开关，501、515、425为绿色，同时514、427为黑色。427为1端受电弓隔离开关信号。
检查主断控制器，将其上面的开关置于“断”位置，如能升起弓，说明主断控制器故障，应予以更换。检查升弓滑板上调压阀是否被关闭。
.主断合不上
检查SA75置“正常”位
检查QS3、QS4、QS10、QS11处于正常位。
检查主断气压正常（升弓风缸压力足以保证KP58的信号470合），检查U94置开启位。
检查司控器主手柄处于“0”位。
检查两端司机室操纵台上的紧急按钮，应该在弹起位。
半自动过分相按钮在正常弹起位。
.提牵引主手柄，无牵引力
确认已经升弓、合主断。
确认各风机启动完毕。
确认停车制动在缓解位，操纵台停车制动红色指示灯应熄灭。
确认不在动力切除状态（即1804无电）。
监控未发出卸载信号（即962有电）。
.油泵故障处理
当2个油泵有一个故障时，先断合几次故障油泵的空气自动开关，如能恢复继续运行。如仍有故障，TCMS检测到信号后会自动将相应的一组变流器隔离，同时另一组变流器将降功率运行。当出现这种故障时，牵引、制动力将降低一半以上。