HXD1型机车DC110V紧急供电功能探讨

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HXD1型机车DC110V紧急供电功能探讨
西安局集团公司延安机务段马宁
摘要：针对HXD1型机车蓄电池问题造成的典型故障，对该型机车DC110V紧急供电功能进行 研究，分析了该功能的不足之处，并提出了解决对策。

关键词：HXD1型机车；蓄电池；紧急供电；解决对策
0引言
HXD1型电力机车是一种采取 双节固定重联形式的八轴交流传动电力机车。

机车DC110V供电系 统由两部分组成，分别为每节机车上装有的标称电压为96V的48节 串联蓄电池，作为控制系统的起动和后备电源；以及每节机车安装的蓄电池充电机装置，作为机车正常工作时将三项交流440V电源转换 为直流〗10V电源，给机车负载供 电并为蓄电池充电。

为了保障HXD1型机车运行安全，A、B两节 蓄电池充电机和蓄电池可实行相互重联供给输出，即紧急供电功能，用于确保机车单节充电装置或蓄电池故障时能由另一节机车同时为A和B节提供DC110V电源。

但是，在该型机车实际运用中依旧发生了因某节机车蓄电池故障触发紧急供电功能仍造成DC110V 用电设备瞬间失电重启而引发的机车设备故障。

本文以2020年7 月23日HXD1-1060机车因B节 蓄电池故障，激活紧急功能，但引发部分车载DC110V用电设备瞬
间掉电重启，导致机车区间停车，
构成机车设备故障，这一典型案例
为主要载体进行分析阐述。

1故障概述
2020年7月23日，延安机务
段HXD11060+1202机车在包西线
担当万吨列车牵引任务，其中
HXD11060B节为操纵节，在罕台川
站通过后，司机断开主断过分相过
程中，发现制动屏显示惩罚制动、
动力切除，监控显示屏机车信号由
绿灯变为灭灯（地面通过信号机显
示绿灯），此过程中IDU屏出现“A
节紧急供电已启动信息”。

由于担
当万吨牵引司机紧急处置，维持过
完分相后停车，最终构成G1类故
障。

2原因分析
2.1紧急供电工作原理
HXD1型机车在正常运行过程
中，由每节机车的蓄电池和充电机
装置并联向各自机车的控制回路
负载进行供电，并且在充电机工作
时向蓄电池充电，如图1、图2所
示。

在如下两种情况下机车会激活I
图1充电机回路电路原理图
西铁科枝
3/2020
HXD1型机车DC110V紧急供电功能探讨
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紧急供电功能，一是当某节机车蓄电池电压低于88V时，机车安装的 88V低电压继电器（32-F16)检测 电压异常后动作，该继电器动作后向该节机车的微机网络控制系统的DXM31数字量输入输出模块发送高电平信号，一方面微机网络控制系统将实施故障记录及IDU微 机显示屏屏显提示，另一方面通过WTB绞线式列车总线将信息传递给它车微机网络控制系统，由其控 制DXM36数字量输人输出模块输出紧急供电接触器（32 -K03)励磁 信号，32-K03紧急供电接触器吸合后实现正常节机车向故障节机车提供DC110V应急供电电源。

二 是当某节机车充电机故障，由微机 网络控制系统检测到故障状态，产 生与蓄电池电压低于88V的类似 控制，激活紧急供电。

电器控制原 理图如图3所示。

2.2机车故障原因分析
HXD11060机车回段后，查阅机车B节（操纵节）IDU微机显示
屏故障记录，故障发生时刻的历史
故障记录有“2020年7月23日11
时34分35秒至37秒蓄电池电压
低于77V故障信息”(如图4所示),
调阅制动系统显示屏事件记录，发
现在故障发生时刻有IPM断电信
息;对6A视频进行分析发现，在对
应时间点6A系统也存在失电重新
启动现象;对LKJ数据进行分析，发
现在故障时刻监控信号有7秒时
间信号由绿灯变为灭灯，分析为机
车车载信号设备失电造成。

图4机车ID U屏故障信息
从上述各类数据、信息分析，
机车B节蓄电池向DC110V供电
瞬间失电引起机车车载设备发生
掉电重启，进一步检查测量发现，B
节蓄电池组中一节蓄电池空载电
压为零。

因此，该车在11时34分08
秒司机将手柄回零、断开主断准备
过分相，此时充电机停止工作，由
蓄电池单独向DC110V控制系统
负载提供电源，在此过程由于蓄电
池组中一节蓄电池电压突降至
0V,形成反电势，机车控制电压瞬
间降至77V以下，造成机车上制动
系统IPM、6A系统、微机个别插件、
车载信号装置等部分设备失电。

其
中，制动系统IPM失电造成机车出
现惩罚制动、车载信号装置失电使
得LKJ信号由绿灯变为灭灯，触发
监控常用制动动作。

2.3机车紧急供电启动情况
对机车CCU数据下载分析，机
车微机在11时34分36监测到电
压低于88V信息，4秒内完成紧急
供电配置，在11时34分43秒由
A节向B节完成紧急供电，设备重
新得电。

2.4紧急供电功能设计上的不足
分析HXD1型紧急供电功能
设计思路，除充电机故障启动外，
蓄电池电压降低激活紧急供电功
能是基于蓄电池电压正常逐步下
降而设计的，即当蓄电池电压降至
88V时，机车所带负载不会存在失
电问题，而此时紧急供电启动，完
全符合设计效果。

但紧急功能从设
计上未将蓄电池电压突变考虑其
中，例如HXD11060机车在蓄电池
单节故障后，导致整节车蓄电池电
压瞬间未经过88V过渡直接降至
77V以下，未给紧急供电激活启动
预留时间，这种情况下势必造成车
载DC110V用电负载失电，进而引
发车载设备瞬间掉电重启故障，且
往往机车运行中蓄电池单独向负
载供电的时间多数为机车过分相
过程，此刻一旦蓄电池故障，而紧
急供电激活发生延迟，势必造成控
制系统失电触发机车惩罚制动等
问题，机车将存在掉进分相区的严
重问题，干扰铁路运输秩序。

3解决对策
根据上述分析，可以从解决蓄
电池电压突降和优化紧急供电功
能两方面解决该问题。

解决思路如
下：
3.1蓄电池方面
对目前发生的三起此类故障
梳理分析，主要存在三个方面的问
题，一是从蓄电池使用年限分析，
发生电压突降问题蓄电池均为3/2020 ®西铁科
技
【调》■查^实滅HXD1
型机车DC110V紧急供电功能探讨
2013年装车的蓄电池引起，装车使 用时间已超过6年。

二是从蓄电池 制造厂家分析，三起单节电压突变为零的蓄电池均为浙江某厂家生产。

三是从蓄电池规格型号分析，故障蓄电池为DLM-170蓄电池，容量为170毫安时，此种容量蓄电池是机车设计之初选用的，随着后 期机车加装6A、CMD等设备，蓄电 池容量存在不足，长期存在“小马 拉大车”问题。

基于以上三个方面分析，为解 决蓄电池问题，主要采取三项措施。

一是对使用年限超过6年的蓄 电池统计梳理，周期性的进行带负载测量检査与筛选，对性能不良的整节机车进行更换。

二是通过对比 分析，使用的浙江某厂生产的蓄电池单节电压突降问题突出，而使用 湖南某厂的蓄电池虽然日常衰减较快，但电压突降问题少，所以对目前装有浙江某厂的蓄电池在检测出问题后都更换为湖南厂家生产的蓄电池，减少机车运行中电压突降问题的发生。

三是对蓄电池容 量进行扩容验证，目前在C5修后 的 1227、1229 机车装有 2V、200Ah 容量的蓄电池，对满足负载容量的情况下能否增加蓄电池的使用时间进行验证，确保使用周期达到一个C5修程（C5修程修电池更新)。

虽然在蓄电池方面采取以上措施，但考虑周期、成本等因素，不能从 根本上对问题进行解决。

3.2优化紧急供电功能
HXD1型机车紧急供电主要问 题是监测到蓄电池电压低于88V 启动紧急供电到供电完成需要7 秒左右的时间，此时间差是造成机 车A或B节蓄电池电压如果不是线性下降而是突降至负载设备失电电压，紧急供电就不能起到应有
作用。

负载设备就会失电造成机车
故障。

方案一：消除时间差。

电路理
论设计为增加主断常开联锁11-
Q01,增加接触器32-K00(暂定），
和紧急供电接触器并联使用（如图
5),对电路改进后，在机车运行中，
一旦主断路器断开，主断常开触点
闭合,接触器32-K00吸合1分钟，
两台机车蓄电池实现并联向负载
供电，解决机车过分相过程中某台
机车由于蓄电池突然掉电造成的
机车故障。

而且不对机车原来紧急
供电产生影响，消除了蓄电池单独
供电状态下启动紧急供电的时间
差。

图5改进后紧急供电控制
回路原理图
图6改进后充电机回路原理图
方案二:增加稳压装置。

由于机
车监测到蓄电池电压低于88V启
动紧急供电到供电完成需要7秒
左右的时间。

如果在这个时间段，
有一个稳压装置，可以提供稳定的
88V电源（如图7)10秒以上，就不
会造成负载掉电引发的故障。

图7增加稳压装置充电机
回路原理图
4结束语
和谐型电力机车是我国铁路
运输的主力机型，随着运行时间的
增加，暴露出设计上、配件材料上
的一些问题，将影响到机车的运用
质量。

目前，和谐电力机车修程修
制改革正在深化推进，机车修程走
行公里延长。

我段又担当局集团公
司唯一的万吨任务，确保机车质量
稳定是严峻而必须的工作，对机车
暴露出的每一个问题思考解决是
唯一的手段，接下来，将积极对接
主机厂，对HXD1型机车的紧急供
电功能按照优化方案进行探索实
施。

参考文献：
[1]H X D1型电力机车.中国铁道出版社,
2009 年.
西铁科枝
3/2020。