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和谐3CA型电力机车常见故障分析及处理何泽发布时间：2021-09-07T07:23:46.164Z 来源：《防护工程》2021年16期作者：何泽[导读] 和谐3CA型电力机车是六轴大功率干线客货运通用电力机车，具有适应能力强，可靠性较高，启动加速快，牵引力大，恒功范围宽的优点，可以与 25G型客车良好匹配。
和谐3CA型电力机车消化吸收了HXD3B型机车的各种技术，包括机车总成、车体、转向架、主变压器、牵引变流器、网络控制系统、牵引电动机、驱动装置和制动系统九大核心技术。
而当机车故障出现时，会对机车的正常运行产生一定影响以及造成国民财产损失。
何泽中国铁路哈尔滨局集团有限公司齐齐哈尔机务段黑龙江齐齐哈尔 161031摘要：和谐3CA型电力机车是六轴大功率干线客货运通用电力机车，具有适应能力强，可靠性较高，启动加速快，牵引力大，恒功范围宽的优点，可以与 25G型客车良好匹配。
和谐3CA型电力机车消化吸收了HXD3B型机车的各种技术，包括机车总成、车体、转向架、主变压器、牵引变流器、网络控制系统、牵引电动机、驱动装置和制动系统九大核心技术。
而当机车故障出现时，会对机车的正常运行产生一定影响以及造成国民财产损失。
关键词：和谐3CA；故障分析；故障处理1.和谐3CA机车的使用背景及其故障分析意义和谐3CA机车是目前我国铁路干线的主力机型，近年来和谐3CA机车在运行中发生多起牵引电机轴承突然固死故障、无火回退故障、升弓故障以及辅助变流器故障等。
和谐3CA机车发生的这些故障严重干扰正常运输秩序、威胁行车安全。
通过对该型机车电的相关故障原因分析，采取对应措施具有十分重要的意义。
电气化铁路中电力机车是列车运动的动力来源，其运行品质与可靠性直接影响着整个铁路运输系统的安全与效率，走行部作为机车关键部件，发生故障后轻则造成机车产生异常冲击、振动和噪音，严重时将造成轮对剥离、轴承破损、机车颠覆等严重后果，影响正常的铁路运输秩序，因此走行部的质量可靠更是保证铁路运输安全的重点。
关于和谐1型电力机车自动过分相系统初探为平衡牵引供电系统中的三相负荷,电气化铁道的接触网上每隔20一25km 就有一长约30m的供电死区川;在此无电区外设有断、合提示牌,机车司机通过时必须将手柄归零、关闭辅助机组、断开主断路器,惰行通过无电区后再逐项恢复,这样受电弓是在无电流情况下进出分相区,从而保证了受电弓和接触网的寿命。
如此操作一方面影响了行车速度,另一方面增加了司机的劳动强度,操作稍有疏忽就会拉弧烧毁分相绝缘器。
特别是对于大秦线重载运输而言,手动过分相必然会引起列车速度波动过大,降低线路运行性能,为减轻司机劳动强度和减少牵引力损失,必须采用自动过分相操作方案。
在文献中均详细介绍了至今为止的3种自动过分相方案,采用交流传动和微机控制的电力机车目前已广泛应用于大秦线重载运输中,通过简单介绍几种过分相方案的优劣,结合具体运行中的试验数据,分析袱Dl型交流传动机车过分相系统在大秦线的运行情况。
1自动过分相方案1.1柱上开关自动断电方案在文献中提到此方案,该方案曾运用于原福州铁路分局鹰厦线永安机务段内,该方案对机车速度要求高,不能适应高速通过,同时无法克服过分相后合闸的电流冲击,因此,该方案目前未有进一步的研究和应用,未能实际投入使用。
1.2地面开关自动切换方案在文献中提到此方案,日本新干线采用此方案,但是该方案投资大,图中的真空负荷开关QF,QF必须带负荷分断,过分相后合闸存在电流冲击。
国内高校曾对此方案有过进一步的研究和试验,但是在投资成本和合闸电流抑制上均有一定的难度,该方案未能在实际应用中获得进一步的发展。
1.3车上自动控制断电方案采用微机控制的电力机车的广泛应用,使得该方案能够成功的应用。
根据过分相预告信号的来源,可将车上切换方式分为手动和自动两种方式。
手动方式即是由司机根据士囱甭的断、合标志牌,按过分相按钮来进行操作,其余控制功能与自动方式相同;自动方式即是在机车得到过分相预告信号后,首先进行确认,然后封锁触发脉冲,延时断开主断路器,使机车惰行通过无电区。
和谐号HXD3型电力机车操纵注意事和谐号HXD3型电力机车操纵注意事一、机车运行前，如何对机车外观及走行部位进行检查？答：（1）由Ⅰ、Ⅱ任意一端车钩开始检查。
目测确认机车前照灯、刮雨器、玻璃、副前照灯、标志灯、串联驱动用电连接器、制动软管状态良好、各塞门位置正确；钩舌开闭状态正确，开闭灵活。
（2）检查基础制动盘以及踏面清扫装置的导向板和车轮的间隙是否合适。
确认其没有达到磨耗限度。
检查齿轮箱有无油水渗漏现象，确认主电动机、速度传感器等的联线及接线盒状态良好。
确认制动器的气体管路的状态良好。
(3）检查接地装置、速度传感器等的导线及连接端子状态正常，砂箱装砂必须充足，撒砂作用良好。
二、在库内，机车运行前对机车内部应检查哪些内容？答：（1）司机室的检查：各设备、仪器、显示器均无异常；各个接线端子、端子排等配线无异常。
确认各开关动作流畅、灵活。
（2）机械室的检查：确认机械室内各装置齐全、良好，无异常情况。
确认外观无变形、变色、异味等。
确认各插头连接牢靠不松动。
确认变流器冷却水水位正常。
（3）目视确认空气压缩机油位应在油位线上，油量要充足。
确认制动器单元的阀门处于正常位置。
三、机车车顶应做如何检查？答：确认受电弓的滑动板无变形和异常磨损、且没有达到磨损限度，确认受电弓的动作良好。
确认各设备、导体安装牢固正常，没有松动，绝缘瓷管类无明显的损伤。
四、机车启动前应做好哪些准备？答：（1）将控制电器柜里的控制电路接地空气断路器(QA59)、蓄电池输出空气断路器(QA61)闭合。
此时，电器控制柜和驾驶台的控制电压表显示应大于98V。
再将其它与机车运行相关的空气断路器闭合。
（2）将司机钥匙插入操纵台电源扳键开关[SA49(或SA50)]，旋转至起动位置，设定机车的操控端。
此时，驾驶台故障显示屏上“微机正常”、“主断路器断开”、“零位”、“欠压”、“主变流器”、“辅变流器”、“水泵”、“油泵”、“牵引风机”、“冷却风机”等显示灯亮。
1 引言近年来，我国铁路随着交流传动机车技术不断成熟和推广，以“客运高速、货运重载”为主题的铁路机车技术也得到了快速发展。
如今客运高速机车主要以轴重小、轻量化为方向，而货运重载机车主要以轴重大、牵引力大为方向。
与此同时，客运、货运和谐型机车转向架驱动系统的研发及应用也得到了巨大的发展[1]。
转向架驱动系统作为机车传递牵引电机扭矩至轮轴的核心部件，对机车牵引力的发挥起至关重要的作用。
鉴于机车轴重、速度等级、单轴功率及扭矩的不同，机车转向架驱动系统须采用不同的结构形式。
为确保机车牵引力的发挥，对于转向架驱动系统结构选型和结构设计尤为重要。
本文对和谐型机车转向架驱动系统结构进行对比分析。
2 驱动系统典型结构驱动系统作为转向架的关键部件，必须采用成熟可靠的结构，以保证系统的可靠性，这关系到转向架乃至整个机车的运行安全，因此驱动系统的方案论证与选择是至关重要的。
近年来通过技术引进、技术合作和自主化研制，我国和谐机车转向架驱动系统技术在消化、吸收、再创新上已步入了较高台阶[2]。
目前和谐型机车转向架驱动系统主要有3种典型结构，其中牵引电机悬挂方式有2种。
通过对比分析，按已装车型、轴式及最大运行速度进行了归类总结，如表1所示。
和谐型机车转向架驱动系统结构对比分析姚 银 马呈祥 张志和 李 华中车大同电力机车有限公司技术中心，山西 大同 037038摘要：介绍了近年来和谐型机车转向架采用的驱动系统结构，主要从牵引电机悬挂方式、主动齿轮支承方式方面进行了归类总结和对比分析，另外还对目前已装车运用车型的驱动结构进行了列举与说明。
关键词：和谐型机车；转向架；驱动系统；悬挂方式；支承方式；主动齿轮中图分类号：T631 文献标识码：A表1 和谐型机车转向架驱动系统典型结构3新型车轴齿轮箱+主动齿轮空心轴+挠性板联轴器结构牵引电机采用架悬式HXD2G B-B200作者简介：姚银（1978.9- ），男，本科，高级工程师，研究方向：机车转向架设计开发。
和谐1型HXD1动力机车机车车体车体采用整体承载结构型式，全部由钢板及钢板压型件组焊而成的全钢焊接结构，司机室、侧墙、底架等主要部件构成一体，车体顶盖可拆卸，以便于车内设备吊装，整个车体组成一箱形壳体结构。
车内采用中央走廊方式,走廊地板采用平整、具有防滑功能的花纹钢板，车内设备安装骨架主要采用导轨式安装结构，便于实现车内设备的模块化设计及其安装。
车体两端司机室下方装有排障器，排障器采用板式结构，排障器能进行上下调节，以保证其距轨面高度为110＋10 0mm。
车体前端结构设计能在不拆除排障器的情况下更换车钩及缓冲器。
排障器上装有防落保护装置。
为了适应机车中央布线及布管需要，车体底架中央纵梁上部为内凹结构，在保证结构强度的情况下预留足够的布线空间。
车体侧下设有4个架车支承座和供检修用的四个支承点，在车体支承座架起距轨面高度不超过2500mm的条件下，转向架和主变压器可从车体下推出。
车体侧梁外侧设有4个检修作业用吊车销孔，前后牵引梁两旁分别设有救援用的吊车销孔。
在机车检修库内，天车吊钩距轨面高度达到9,000 mm的条件下，能把机车车体内各屏柜和部件单独吊入和吊出。
车体与转向架间设有连接装置，可使车体转向架一并起吊。
车体主要参数：车体总宽度3100mm车体宽度（扶手杆处）3248 mm车体长度（两端面间）约17138 mm车体底架长度,16839 mm单节车车钩纵向中心线距离17611 mm车钩中心距轨面高,880mm±10 mm车体顶盖距轨面高,4103 mm转向架转向架主要由构架、轮对、驱动单元、一系悬挂和二系悬挂、一系减振器和二系减振器、牵引装置（转向架和车体的连接）、制动装置和转向架附属装置等组成。
主要技术特点：a）满足25t轴重电力机车的运用要求；b）驱动系统采用抱轴悬挂驱动；c）构架由侧梁、横梁和端梁等组成，各梁均采用箱形焊接结构；d）一系悬挂系统由轴箱拉杆、橡胶件、弹簧、油压减振器等组成，轴箱拉杆两端安装球形橡胶关节，和一系簧一起实现轴箱定位；e）二系悬挂采用高挠螺旋钢弹簧配以垂向油压减振器，横向减振器设置在构架两端，同时起到抗蛇行作用；f）牵引装置采用低位推挽式牵引装置；g）基础制动采用轮盘制动；主要技术参数：机车轴式2(B0－B0)轨距1435 mm轴重25t最高运行速度120 km/h轴距2250mm＋2000 mm机车全轴距16260 mm轮径（新/半磨耗/全磨耗）1250mm/1200mm/1150 mm轮对内侧距1353 mm允差+0.5-1mm踏面形状JM3型传动方式单侧斜齿轮传动传动比6.235(106/17)电机悬挂方式滚动抱轴悬挂驱动装置采用同HXD1型机车的轮对驱动系统结构，牵引电机采用滚动抱轴悬挂，由轮对、轴箱、牵引电机、齿轮箱、抱轴等主要零部件组成。
HXD2B电力机车电气系统的故障判断与处理摘要：本文总结了如何通过分析机车数据来判断HXD2B型机车牵引电机隔离故障的原因，并给出了隔离故障的处理方法。
关键词：HXD2B型机车；牵引电机；隔离；处理。
1.问题的提出HXD2B 型交流传动货运电力机车是中国铁路干线货运主型机车之一。
该型机车由中国北车集团大同机车有限责任公司与法国阿尔斯通公司联合研发，其设计以阿尔斯通PRIMA6000机车为原型车，采用CO-CO轴式、中间走廊、整体独立通风系统，分布式微机控制系统IGBT功率模块变流器，异步牵引电动机，牵引电机采用滚动轴抱式悬挂装置，牵引装置采用独立轴控方式，单轴功率为1600 KM，总功率为9600 KM，最大运行时速达到120 km/h。
该机车主要针对铁路重载运输而设计，可实现单机牵引5000-6000t 货物列车。
具有恒功范围宽、轴功率大、功率因数高、谐波干扰小、维护率和全寿命运营成本低、运营安全可靠、适用范围广等优点。
徐州机务段目前有40台HXD2B型机车，主要承担着徐州至连云港之间的货运交路。
在日常的运用中，牵引电机隔离故障，对机车的正常运行有一定的影响。
因此，对牵引电机隔离故障的原因进行分、总结，有着重大的意义。
及时、准确的对产生的故障进行判断和处理，更是保证机车的正常运行的必要措施。
2.机车电气系统原理2.1主电路及结构HXD2B型电力机车的牵引电传动系统主要是由网侧电路、主变压器、牵引变流器和牵引电机组成。
整个系统采用单轴独立控制方式，通过交—直—交变流技术对牵引电机进行牵引和再生制动控制，采用FIP网络与机车其他设备进行通信。
全车共有6套相同的变流器电路装置，每套牵引变流器装置包括一个四象限整流电路、一个中间电路（预充电电路、二次滤波电路、电压抑制电路、接地电路、安全放电电路）和一个三相逆变输出电路，在电路中接有多个电压和电流传感器，对各种信息进行采集，传输给TCU、MPU、RIOM，经过它们之间计算处理，做出各种正确的决定，为相关的控制和保护电路提供实时信号，主变流器原理如下图2-1所示：2-1主变流器原理图主变压器牵引绕组输出了2100V的交流电压，通过整流器输出3775V的直流电，在整流器之后加有支撑电容，支撑电容除了在预充电电路中的作用外，还主要起到吸收中间电路纹波的作用，使得四象限整流器与逆变器之间实现平衡。
`和谐机车电气线路分析摘要随着我国电气化铁路及电力机车技术的迅速发展，电力机车在产品的结构、质量、形式方面都有了很大的改进和提高，专业的对口，作为司乘人员，在铁路机务部门工作，必须熟悉和掌握电力机车控制电路的基本工作原理，和通过系统的分析和设计来提高自己的专业素质。
HXD3C型电力机车电气线路分析是选自机车运用的实际课题，涉及范围较广。
电力机车的控制线路是一个复杂的系统。
本课题要求学生在已学的机车线路基础上整体分析HXD3C型电力机车主电路、辅助电路和控制电路，并能了解电力机车的故障判断处理。
使学生更好的理解电力机车工作控制原理培养学生所学的基础知识、专业知识，并利用其中的基本理论和技能来分析解决本专业内的相关问题，完成电气工程技术人员必须具备的基本能力的培养和训练。
通过对此课题的学习和设计，使学生能更好地理解电力机车电气原理，掌握电力机车实际运用中的基本专业技能。
培养学生运用所学的基础知识和专业知识的能力，提高学生利用所学基本理论和自身具备的技能来综合分析解决本专业相应问题的能里，使学生树立正确的设计思想，完成电气工程技术人员必须具备的基本能力的培养和训练。
关键词：控制电路；主断路器；故障处理目录HXD3C电气线路分析 (I)摘要 (I)引言 (1)第一章主电路 (2)1.1 网侧电路 (2)1.1.1 受电弓PG1、PG2 (2)1.1.2 高压隔离开关QS1、QS2 (2)1.1.3 主断路器QF1 (3)1.1.4 原边电压互感器TV1 (3)1.1.5 避雷器F1、F2 和F3 (3)1.1.6 高压电流互感器TA1 (3)1.1.7 低压电流互感器TA2 (3)1.1.8 高压接地开关QS3 (3)1.1.9 电度表PWH (4)1.1.10 接地装置EB1～EB6 (4)1.2 主变压器 (4)1.3 主变流器和牵引电机电路 (5)1.3.1 四象限整流器 (5)1.3.2 中间直流环节 (5)1.4 保护电路 (7)1.4.1 主变压器牵引绕组过流保护 (7)1.4.2 主接地保护电路 (7)1.4.3 牵引电动机过流保护 (7)1.4.4 原边电压保护 (8)1.4.5 瞬时过电压保护 (8)1.5 其它 (8)1.5.1 原边电压显示 (8)1.5.2 库内动车 (8)第二章辅助电路 (9)2.1 辅助变流器及辅助供电电路 (9)2.1.1 辅助变流器 (9)2.1.2 辅助变流器供电电路 (10)2.1.3 辅助电动机电路 (12)2.1.4 辅助电动机电路的保护系统 (12)2.2. 辅助加热装置电路 (13)2.2.1 机车辅助加热装置 (13)第三章列车供电电路 (15)3.1 主电路 (15)3.2 辅助电路 (15)3.3 控制电路 (15)第四章控制电路 (17)4.1 控制系统概述 (17)4.2 控制电源电路 (18)4.2.1 低压电源柜 (18)4.2.2 控制电源的分配 (18)4.2.3 110V 电源装置的控制 (18)4.2.4 控制电路的监测与保护 (19)4.3 司机指令与控制功能 (19)4.3.1 电钥匙SA49（SA50） (19)4.3.2 司机控制器AC41（AC42） (19)4.3.3 受电弓扳键开关SB41（SB42） (20)4.3.4 主断路器扳键开关SB43（SB44） (20)4.3.5 压缩机扳键开关SB45（SB46） (20)4.3.6 紧急制动、半自动过分相和定速按钮 (20)4.3.7 停放控制 (21)4.3.8 无人警惕控制 (21)4.3.9 微机复位 (21)4.3.10 信息显示屏和状态指示灯 (22)4.4 机车逻辑控制和保护电路 (22)4.4.1 各辅助电动机自动开关功能 (22)4.4.2 各辅助电动机接触器功能 (23)4.4.3 原边过流继电器KC1 (23)4.4.4 主变压器保护电路 (23)4.4.5 主断路器快速保护电路 (23)4.4.6 主变流器控制电路 (24)4.4.7 辅助变流器控制电路 (24)4.4.8 空调机组的控制电路 (25)4.4.9 机车重联控制电路 (25)4.4.10 自动过分相控制电路 (26)4.4.11 轴温检测电路 (26)4.4.12 列车供电控制电路（仅客运方案） (26)4.4.13 机车照明电路 (27)4.4.14 其他辅助设备控制 (27)4.4.15 机车控制系统与行车安全综合信息系统的接口 (28)4.4.16 快速降弓控制电路 (28)4.4.17 轮缘润滑控制电路 (28)第五章制动系统控制 (29)结论 (30)致谢 (31)参考文献 (32)附录A 附录内容名称 (33)引言HXD3C型电力机车是在HXD3型电力机车设计制造技术平台的基础上，借鉴了HXD3B型电力机车的成熟技术，开发研制而成的交流传动客货运通用电力机车。
和谐系列电力机车系列(总5页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除和谐系列电力机车和谐系列货运电力机车是南车集团和北车集团与国外企业合作，引进消化技术，并国产化的新一代交流传动货运机车。
分为每轴1200KW的和谐1、2、3型（1、2型为八轴，3型为六轴），以及六轴，每轴1600KW的和谐1B、2B、3B两代9600KW大功率机车。
设计最高时速均为120km/h。
目录8轴9600KW大功率双节重连电力机车6轴9600kw大功率单节电力机车详见6轴单节7200KW重载电力机车8轴9600KW大功率双节重连电力机车6轴9600kw大功率单节电力机车详见6轴单节7200KW重载电力机车展开编辑本段8轴9600KW大功率双节重连电力机车和谐1型HXD1型电力机车是干线货运用8轴大功率交流电传动电力机车。
该型机车是中国铁路由中外企业联合研发的交流电传动电力机车产品之一。
在被命名为「和谐」型之前，称为DJ4，当时DJ4共有两个型号，第一款是由株洲电力机车厂及德国西门子研发，编号由0001起，以西门子公司EuroSprinter系列机车作为技术平台，后车型代号改为HXD1（数字是生产厂商代号：1代表株洲电力机车），一般称为“和谐”1型电力机车（车辆编号HXD1xxxx）。
另外一款命名为“DJ4”的机车则由大同机车厂及法国阿尔斯通研发，编号由6001起，即后来的HXD2型电力机车。
两种型号机车均采用交流电牵引电动机，交—直—交流电传动以及双节固定重联，单节车轴式Bo-Bo，即两个两轴转向架。
HXD1型电力机车由两节完全相同的单端司机室四轴车通过内重联环节连挂成八轴机车，成为一完整系统。
司机可在一个司机室对重联机车进行控制；装有远程重联控制系统，适合于多机分布式重载牵引；机车车体采用中央梁承载方式；独立通风方式；轴式2（Bo-Bo）；每轴交流电牵引电动机功率1200千瓦，八轴机车总功率为9600千瓦；机车轴重按25吨，去掉车内配重压铁可实现机车轴重23吨的转换；控制系统采用西门子SIBAS 32系列的微机控制，TCN网络通讯技术；辅助供电系统和主电路系统集成在一体，采用变频异步牵引电机、IGBT功率模块牵引逆变器、MVB及WTB等技术。
２０１０年第６期 ２０ｌ０年１ １月１０ Ｅｔ 机 乍 电 传 动
ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＤＲＩＶＥ ＦＯＲ ＬＯＣＯＭＯＴＩＶＥＳ Ｎｏ６．２０ｌＯ ＮＯＶ．Ｊ０．２０ｌ０
作者简介：李伟（１９７４一）， 摘要：介绍了“和谐”系列电力机车传动系统和接地检测装置，包括ＨｘＤｌ、ＨＸＤ２、ＨＸＤ３这男，副研究员，博士ｔ主要
Ｈ型ＸＤ。１ Ｈ分ＸＤ析３ 了Ｈ各ＸＤ自２ 墨 莲箸 及试雌控 表明 和 接地检测系统符合正常运用的要求
， 机车接地时可能出现两点接地，其接… … 地检测有必要改进。 关键词：电力机车；接地检测；交流传动系统；“和谐”机车；主电路 中图分类号：Ｕ２６４．６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００—１２８Ｘ（２０１０）０６－００６７—０３
Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｓ ｏｆ ＨＸＤ Ｓｅｒｉａｌ Ｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅｓ Ｄｒｉｖｅ Ｓｙｓｔｅｍ Ｇｒｏｕｄｉｎｇ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ＬｌＷｅｉ，ＧＵＯＸｉａｏ－ｙａｎ，ＺＨＡＮＧＢｏ （Ｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅ ａｎｄ Ｃａｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈｉｎａ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｒａｉｌｗａｙ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １ ０００８ １，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｄｒｉｖｅ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｏｆ ＨＸＤ ｓｅｒｉａｌ ｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅｓ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｉｎｃｌｕｄｅｄ ＨＸＤ１， ＨＸＤ２ ａｎｄ ＨＸＤ３．Ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｔｈｒｅｅ ｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅｓ ｗｅｒｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅ ａｎｄ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅ ｏｆ ｅａｃｈ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ． Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｗａｓ ｐｅｒｆｏｒｍｅｄ ｂｙ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ＨＸＤ １ ａｎｄ ＨＸＤ３ ｍｅｅｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅ— ｍｅｎｔｓ ｏｆ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈａｔ ｏｆ ＨＸＤ２ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｐｏｓｓｉｂｌｅ ｔｗｏ—ｐｏｉｎｔ ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅ；ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ＡＣ ｄｒｉｖｅ ｓｙｓｔｅｍ；ＨＸＤ ｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅ；ｍａｉｎ ｃｉｒｃｕｉｔ
Ｏ引言 电力机车电传动系统的特点是高电压、大电流。 保证传动系统的正常Ｔ作是保证机车可靠运行的前 提。机车在运用过程中可能由于电缆老化、振动摩擦 等造成主电路发生接地。一般而言，一点接地并不会 带来什么危害，对系统的正常＿丁作不会有太大的影响， 但两点或多点接地，就可能产生很大的短路电流，造 成机车电传动系统部件的烧损，严重情况下甚至会导 致机破。因此，准确、迅速地对接地故障进行判断和处 理是非常重要的。 我国早期的机车主电路接地保护检测通常采用机 械式接地继电器，检测方案为电流检测，当接地故障 发生时检测回路产生一定的电流，如果电流大于设定 的阈值时，继电器通电动作导致相应触点动作，完成 收稿日期：２０ｌ０－０卜２０；收修改稿日期：２０ｌ ０－０４－０８ 基金项目： 家科技支撑计划项日（２００７ＢＡＡ ｌ ２Ｂ０６—０４） 接地检测和保护。目前主流的“和谐”系列电力机车的 接地保护系统均有各自的特点，本文针对ＨＸＤ１、ＨＸＤ２ 和ＨＸＤ３这３种车型接地检测进行分析，比较了各个车 型在接地检测上的优缺点，并进行了仿真验证。
１ “和谐”电力机车接地检测 １．１ ＨＸＤＩ电传动系统 图Ｉ所示为ＨＸＤｌ型机车传动系统结构框 ．其构 成为：２个四象限脉冲整流器并联输出，共用１个中间 直流环节。这个中间直流环节向牵引逆变器供电，每 个牵引逆变器分别向１个转向架的２台异步牵引电动机 供电，实现牵引电机架控㈠。ｊ。另外主变流器内还包含 机车辅助供电电源模块，该电源模块供电来自中间直 流环节。 图１中虚线部分为接地保护电路，由跨接在中间电 路的２个串联电阻、１个滤波电容和１个电压传感器 组成。２个串联电阻的连接部位与地相连，如果有接 地故障出现，电压传感器检测到的电压将发生变化，
试验检测 机 车 电 传 动 导致主断路器断开，切除故障变流器，但机车仍可以 在降功率的条件下继续运行。
Ｊ冬ｊ １ ＨＸＤ１机车主电路结构图 １．２ ＨＸｏ２电传动系统
如图２所示为ＨＸＤ２机车１个牵引变流柜的电气原 理图及其附属电路。其中包含２套原理和结构相同的牵 引变流装置，每套装置由１个四象限整流器、１个中间 直流环节和１个 相ＰＷＭ逆变器组成，各驱动１台三相 异步牵引电机，实现整台机车的轴控驱动方式 ］。该 车辅助电源由２轴和３轴对应变流装置的中间直流环节 供电，但是与ＨＸＤｌ不同的是单独有辅助供电单元，没 有与主变流器整合在一起。
陶２ ＨＸＤ２机车主电路结构ｌ羽 该车原型为Ａｌｓｔｏｍ的ＰＲＩＭＡ机车。由于ＰＲＩＭＡ机 车用于４种电压制 ＡＣ ２５ ｋＶ、ＡＣ １５ ｋＶ、ＤＣ １．５ ｋＶ和 ＤＣ ３ ｋＶ），因此其中间直流环节的负极接地。在接地点 的前端设有电流传感器用于检测接地故障，如图２虚线 框所示。 １．３ ＨＸＤ３电传动系统
如图３所示为ＨＸＤ３机车１个牵引变流柜的电气原 理图及其附属电路。牵引变压器牵引绕组分别向四象 限整流器供电，每个四象限整流器分别对应１个独立的 中间电路，它们分别向１个电压型ＰＷＭ逆变器供电，然 后由逆变器供电给牵引电动机 ３，５ 。由于该车变压器有 单独的辅助绕组，辅助系统供电与主变流器无关。
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图３ ＨＸＤ３机车主电路结构图 接地保护电路由跨接在中间电路的２个串联电 容、１个电阻和１个电流传感器组成，如图３虚线框所 示。如果有接地故障出现，电流传感器会检测到有电 流，导致主断路器断开，切除故障变流器，机车同样可 以在降功率的条件下继续运行。但是如果能够确认只 有一点接地，也可通过开关将接地检测装置切除，机 车满功率运行，回段后进行检修处理 ｓ－。 ２接地检测分析 交流传动系统接地大致可分为３个范围：牵引绕 组接地、直流侧接地和逆变器输出接地。其中直流侧 接地包括直流环节正接地和负接地。限于篇幅。本文 仅对牵引绕组接地进行分析，其他接地故障分析原理 类似，不再一一赘述。 首先对ＨＸＤ１接地检测进行分析。如图４所示，在这 里将开关器件和二 极管等效为１个开 关。正常情况下接地 检测电压“ 。为： “ － （，ｄ Ｒ２ 罔４ ＨＸＤ１接地分析 实际变流器中ＲＩ、Ｒ２分别取１０２ｋ．Ｏ和３４ｋ．Ｏ，／Ｌ 。超 过正常值的３０％就认为出现接地故障…。当牵引绕组 接地后，Ａ、口两点相当于连接在一起，因此接地检测电 压“ 。为： ｌ ， Ｋ３导通 ｌ０， Ｋ４导通 通过适当的检测算法对“ ．进行处理即可检测到 电压异常，从而确定系统出现接地故障。 ＨＸＤ２接地如图５所示。如果Ａ点发生接地，相当于 Ａ点通过电流互感器将Ｋ４直接短路，这时如果Ｋ３也导 通则该桥臂发生贯通短路。此时的故障是非常严重的， 虽然电流互感器会检测到 电流，但是保护时间 的 延迟极有可能导致ＩＧＢＴ模 块的烧损。因此对于ＨＸｏ２ 现有的接地检测形式，即 使在绕组出现一点接地时 也会发生短路故障。 图５ ＨｘＤ２接地分析 ＨＸＤ３Ｉ－Ｅ＿￣Ｊ＂情况下接地检测电流传感器电流ｆ 为０。 当发生如图６所示的接地时，则接地电流为： ３ —－ｕ—ｃ，， Ｋ３导通 Ｒ’ ‘ ｃ２ Ｋ４ 通 当该电流值大于 １０ Ａ以上且持续时间超 过１ ｍｓ，保护装置动作， 四象限和逆变桥被封 锁，该变流器被切除 。 陶６ ＨＸＤ３接地分析 第６期 乍 伟．郭晓燕，张 波：“和谐”系列电力机车传动系统接地检测比较 表ｌ对３种车型不同接地现象的结果进行了总结。 表１ “和谐”系列机车接地故障情况总结
３接地仿真结果及比较 ３．１仿真系统概述 计算机仿真采用美国ＳＹｎｏｐｓＹＳ公司开发的软件 Ｓａｂｅｒ。由于主要针对接地检测环节进行仿真，因此采 用相同的主电路结构，如图２和图３所示，即仿真主电 路包括１个四象限整流器和１个逆变器。接地故障在变 流器启动前就已设置，接地点设置在牵引绕组上。仿 真的基本参数见表２。 表２仿真系统采用的基本参数 名称 参数 牵引绕组漏感Ｌ 牵引绕组内阻Ｒ 牵引绕组输出电压Ｕ 直流中间环节电压给定值Ｕ 开关器件的开关频率
３．２仿真结果 ３．２．１ ＨＸＤ１接地 图７为ＨＸＤ１机车接地时的仿真结果，图中从上到 下波形依次为中间直流环节电压 、变流器输入电流 ｉ 和接地检测电压Ｕ 从图中可以看出由于出现接地 Ｕ ．与中间电压并不成比例，Ｕ 。的外包络线基本与中间 电压相同，这与前面的分析是一致的。从该图中还可 以看出尽管出现了接地故障，但是变流器还是可以正 常工作的，即一点接地并不会对变流器运行产生破坏 性的影响。不过在实际运行中ＨＸＤＩ机车在检测到接地 现象后就会将相应的变流器隔离，从而导致该变流器 对应的辅助电源也停止＿Ｔ作。 ２ ｏｏｏ １ ５ｏ０ ０ １ ０ｏ０ 《５００ 、ａ ０ —５００ 一ｌ ｏ００ ２ 之１ １ Ｉ＾＾＾＾ 从从 ＾＾＾＾ ｌ￣ＶＭ ｌＩＩＩ＾Ｍ ’ｊ “ｌ ． Ｊｊ Ｗ‘ 。ＴＹ ＷＶＹ、 ｌ ＩＩ・ ｌＨＴ’ ： ｌ ’ ’’● ｔ／ｓ 图７ ＨＸＤ１机车接地检测仿真 ３．２．２ ｉ－￣Ｄ２接地 图８为ＨｘＤ２机车接地时的仿真结果，波形与图７顺 序基本相同，只是最后的波形为接地电流检测ｆ 从 该图中看出由于中间直流环节负极接地，在充电过程 中就产生了很大的接地电流，该电流与变流器输入电 流相同。而且中间直流环节电压充电过程较正常时要 慢，中间直流环节电压值也较低，这主要是由于仅有 半个周波用于充电，另外半个周波通过充电电阻短 路。当充电电阻被短路切除后，接地电流明显增大， 可能导致功率开关模块受损。如果是在变流器工作过 程中出现接地，则会导致上下桥臂贯通短路，问题将 更为严重。因此ＨＸＤ２机车中间直流环节的负极接地 导致绕组一旦出现接地现象即为两点接地，极易导致 变流器出现破坏性故障。另外该故障表明仅靠中间电 压判断是否可以切除充电电阻是不够的，还应该对变 流器的输入电流进行监测。 暮 § 一 ：： ／’ ６ ４ ２ ０ —２ ．４ —６ ｌ ８ ＨＸＤ２接地检测仿真 ３．２．３ ＨＸＤ３接地 图９为ＨＸＤ３机车接地时的仿真结果，波形顺序与 图８相同。从该图中可以看出接地监测装置能够有效检 测到接地电流，当出现接地后会切除相应变流器，因 此故障保护逻辑与ＨＸＤ１基本相同，而且同样不会因为 接地对变流器造成破坏性影响。另外由于ＨＸＤ３机车采 用专门的辅助绕组为辅助电源供电，因此主变流器的 接地故障不会影响到辅助电源的正常工作。 ２ １ ・ ≥ 攀≥豢蓄
