HXD1机车牵引变流器检修数据分析及修程优化研究周英明

HXD1机车牵引变流器检修数据分析及修程优化研究周英明
发布时间：2023-06-02T02:12:59.267Z 来源：《中国科技信息》2023年6期作者：周英明[导读] HXD1型机车采用了我国自主研制的牵引变换装置及网络化控制技术，具有运行稳定可靠、轮周比大等特点，对我国的轨道交通具有十分重大的意义。

牵引变换装置是铁路列车的关键部件，在列车行驶过程中一旦出现故障，将会给列车带来极大的安全隐患。

株洲中车时代电气股份有限公司湖南株洲 412001摘要：HXD1型机车采用了我国自主研制的牵引变换装置及网络化控制技术，具有运行稳定可靠、轮周比大等特点，对我国的轨道交通具有十分重大的意义。

牵引变换装置是铁路列车的关键部件，在列车行驶过程中一旦出现故障，将会给列车带来极大的安全隐患。

本文对HXD1型动车组牵引逆流器的日常使用维修数据进行了收集和分析，以时间序列等数据分析方法为基础，对牵引逆流器维修数据展开了挖掘和分析，并对牵引逆流器的突出问题展开了简单的剖析，并给出了对机车牵引逆流器维修修程的优化意见，这对于检整人员进行了有益的帮助，从而可以有效地提升列车检整的品质，降低对铁路运输的影响。

关键词：HXD1机车；牵引变流器；检修数据；故障分析
引言
HXD1型机车是目前我国重型列车的主流型号，由于其运行状态和运行状态都比较复杂，造成了机车维修和维护费用的增加。

根据统计，HXD1型火车头的产修比达到了1:2.17，其中维修维护费用占整个寿命费用的68%[1]。

在这些设备中，牵引变换装置是比较重要和复杂的组成部分，它的工作特性对保证机车的安全运转起着至关重要的作用。

对牵引变流器维修的数据进行了挖掘和分析，并对其进行了优化，这样就可以最大限度地利用牵引变流器零件的工作时间，从而达到降低成本，提高效率的目的。

一、HXD1型机车牵引变流器的组成结构及工作原理
（一）HXD1型机车牵引变流器组成结构
HXD1型机车牵引逆变装置是一种模块式的结构，它的主要部分是逆变装置模块，接触器，传动控制单元，充放电电阻，过压斩波电阻，电压电流传感器，冷却风机，热交换器等。

在这些设备中，诸如换流器模块之类的重要元件都被安置在了柜体的前面，这样就可以很容易地对这些元件进行维修。

在换流器的后面，则是用来放置一些很少维修的元件，比如二次谐振电容器、谐波抑制电感器等。

在换流器的左边，还设置了一个侧门，用来维修斩波电阻。

（二）HXD1型机车牵引变流器工作原理
HXD1型机车牵引变流器主要是为了实现对牵引电动机与主变间的电能传递，从而实现对电动机的控制，从而达到对电动机的要求。

根据列车的运转状况，牵引换流器的工作状况也会发生变化，它的主要功能有两个方面：一是在牵引条件下，单相工频电网电压经过四象限整流器整流成1820 V直流电压，然后通过逆变器逆变成三相电压，提供给牵引电机。

二是牵引电动机在回收刹车过程中产生的三相电流经过整流和逆变后，通过牵引变压器和受电弓，返回到电力系统中。

该牵引换流器的工作机理可分为主电路和传输控制系统两部分，主电路由供电装置、固定放电电阻及半电位传感器组成，每个牵引换流器由两套相互分离的供电装置组成，以便给牵引电动机提供电能。

在此基础上，采用了一种基于定子电流原理的电流互感器来实现对地电流互感器和定子电流互感器，并对其进行了实验研究[2]。

其中，由控制传输系统完成对接地故障的检测、识别和保护。

该换流器的作用是在库内运行的，当在库内动车时，将三相 AC 380 V的库内供电连接起来，利用一个外部的预充电电路，将接触器缩短，然后经过一个二极管整流，最后，利用 TCU来驱动一个主逆变，以一个三相的电压来驱动一个牵引电动机，在库内运行的时候，在这种运行方式下，列车的最大时速不到5 km/h，而列车则是由一个驾驶员台的主控制器来操作的。

二、牵引变流器检修数据分析
牵引换流器碎修记录数据涉及20台机车，跨越6年，共有263起故障，其中已知故障原因171起，未知故障原因92起。

按照故障形式，已知原因的故障可以被划分成27种类型，其中，发生5次以上的故障有8种，发生4次的故障有4种，发生2次的故障有4种，其余的故障都是仅出现一次。

在27种类型的故障中，6种类型的故障属于外部环境或使用维修方面的问题，与列车自身的特性没有关系，所以在进行故障率的计算时没有将其计算在内，所以在全部类型的故障中，由于列车自身的特性而导致的故障占78个[3]。

牵引换流器的高频工作部件（接触器、开关）、数据收集部件（传感器）和信息传递处理部件（模块、板卡）等容易出现故障。

在由于列车自身部件性能而引起的故障中，接触器故障的次数是最多的，总共有28次，大约占到了总数的36%。

在这些故障中，接触器的种类以交流接触器（Q101/Q201）、辅助电源断路器（K111/K211）为主。

在9个测温装置中，8个测温装置是电动机测温装置，1个测温装置是副变装置。

按照故障出现的先后次序，计算出了在十万米范围中失效的个数，见表1。

从图表可以看出，在每十万公里之内，出现故障的数量是不同的，出现了比较多的部分是140-150万公里（11个）以及190-200万公里（12个），其他部分都在10个以内。

90-100万 km和180-190万 km （各1次）是最小失效频率，这是C4大修（50-60万 km）后首个10万 km段。

从总体的变化趋势来看，在100-150多万米范围内，故障概率随公里数的增长而递增；在150-190 km范围内，失效率随行驶里程的增大而下降。

但在全C5~C6修程区间，故障时间没有显著的规律性。

为了更好地发现事故出现的时间规律性，将事故出现的时间区间进行了扩展，并对事故出现的时间区间进行了计算，结果见表2。

从图表中可以看出，在100-160万km的范围内，故障概率随里程的增大而增大；在160-220万km范围内，其失效率随行驶里程的增大而降低。

以120-200万km为多，占75.6%；以140-160万 km为最大的失效范围，其失效发生率为24.4%。

综上所述，C4检修（150-180万 km）可以显著减少列车运行中的故障。

图1 故障里程分布
图2 故障里程分布
针对牵引换流器的故障率，提出了对列车牵引换流器进行维修并进行以下几方面的优化：出现故障的 AC接触器（Q101/Q201)，其失效时行驶里程均在110-200 km范围内。

推荐与C5修理相配合，对其进行检验和替换（对于替换项目，需要对失效接触器的确切失效部位进行调查）。

如果C5修中已经有了对接触器进行维修，那么C4修应增设此项维修。

三、HXD1型机车牵引变流器突出故障（一）功率模块故障分析
由于牵引变流器中的电源组件出现了故障，导致了列车的主断路无法合拢，导致了列车的原线电流过大，导致了列车的牵引功率急剧降低。

其原因是由于组件内的 IGBT器件发生了短路，同时由于母线的放电引起了组件的损坏。

（二）传动控制单元故障分析
在列车正常运转过程中，牵引变换装置的驱动装置插头出现了故障，引起了主断跳闸，使列车的牵引动力急剧降低。

二是由于系统中的控制部分的模块化编程问题，致使系统无法正常工作。

目前，在牵引换向机中，传输控制器的插件失效率比其他组件高。

（三）内部接触器故障分析
在牵引变流器接触器的故障中，有两种类型，一种是牵引变流器短接接触器的接触问题，另一种是插件插头内部的短线接触问题，另一种是各个模块之间的连接问题。

二是由于触点元件受损，造成了内线的失效，在列车行驶过程中，主要体现为主断跳闸、故障屏幕上的“主逆锁”、“TCU”红色的闪光。

四、HXD1型机车牵引变流器故障处理（一）功率模块故障的处理方法
在列车进站检修过程中，必须根据班检规范，对各个 IGBT组件进行全面的检测，以确保其工作的正常进行。

同时，对冷却剂的添加和管道的维修进行了规范化处理，使冷却剂的泄露得到了解决，从而有效地避免了由于液体泄露造成的排母线的放电而造成的牵引换向器的破坏。

针对 IGBT组件故障率较高的问题，技术部门做好了对 IGBT组件的统计和分析，并将其反馈给制造厂商，促使制造厂商改善产品的产品品质。

（二）控制单元插件故障的处理方法
在进行列车入库整备作业的时候，要着重对控制单元中的各个元件展开检测。

当具有C4修及以上修程的情况下，维修人员要遵守相关的规则，对控制单元中的元件展开检测，要对这些元件的优劣做出正确的判断，找到问题的根源，并对出现问题的元件进行及时的替换。

针对软件的版本问题，技术部门积极与厂商沟通，查找软件中的缺陷，并在最短的时间内完成了对应用软件的更新，并对其进行了持续的优化。

并促使生产厂商改善组件的出厂品质，有效地延长组件的使用寿命，降低组件的插头故障。

（三）内部接线故障的处理方法
在进行机车入库整备作业的时候，专检人员要按照机车乘务员的报告，对各个模块的接线插头进行仔细的检查，保证它们的安装是正确的，并且要保证它们的安装是正确的，如果出现了接触不良的问题，要立即进行更换。

根据作业进度，定时地进行接触器，继电器的替换。

此外，还应强化对6 A型机车的数据的分析，构建出一套列车的故障数据库，并以此为基础对列车的故障进行归类，这样在出现类似的故障时，能够在最短的时间内分辨出来，并加以解决。

结语
HXD1型机车担负着铁路线上重型货运的拖拉工作，其在运营过程中发生的故障不仅影响到了铁路的正常运营，而且一旦发生故障，将严重影响到列车的正常运营，严重时甚至会威胁到机组人员的人身和财产的安全。

为此，必须对HXD1型动力列车的各个部件有所认识，对其故障作出正确的判定，并对其进行简单的剖析，并根据工作实践，给出行之有效的解决办法。

文章对HXD1型机车牵引变流器突出故障进行了简单的探讨，并以我的工作经历为基础，给出了一些相关的解决办法，期望能够对HXD1型机车检整人员的工作起到一定的作用。

同时，也期望检整人员在机车的日常维修过程中，能够按照规范化的要求，对各类故障数据进行分类管理，在故障出现之后，能够快速地在数据库的基础上进行统计和分析，能够在最短的时间内找到问题所在，并进行有效的处理，从而降低故障的损失。

参考文献
[1] 欧健.HXD1型电力机车牵引变流器故障诊断研究[J].中南大学,2014(5)
[2] 杨春霞.关于朔黄全线机车检修数据分析[J].内燃机与配件,2018(09).
[3] 张敏,张宁.动车组故障检修数据处理技术研究与应用[J].铁路计算机应用,2018(01).。