HXD1D型电力机车绝缘检测系统故障分析与改进

创新与实践ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＡＮＤＭＡＲＫＥＴ
Ｖｏｌ．２６，Ｎｏ．５，２０１９
ＨＸＤ１
Ｄ型电力机车绝缘检测系统故障分析与改进
陈　西
（中车株洲电力机车有限公司，湖南株洲４１２００１）
摘　要：分析了ＨＸＤ１Ｄ型客运电力机车绝缘检测电路的构成及其检测原理，针对机车调试过程中遇到的检测回路断路器频繁断开的故障，分析总结出解决该问题的思路和方法，并针对此类故障提出了相关的改进方案。

关键词：ＨＸＤ１Ｄ客运机车；绝缘检测；断路器ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６－８５５４．２０１９．０５．００８ 引言
ＨＸＤ
１Ｄ型客运机车是一种大功率六轴干线客运电力机车，最高时速１６０ｋｍ／ｈ。

该型机车配备了一套机车车载安全防护系统（
６Ａ系统），其中绝缘检测系统是６Ａ系统中的一个子系统，主要用于检测电力机车车顶高压导电部分的绝缘状态。

绝缘检测系统
１．１　绝缘检测系统实现的功能
绝缘检测系统要功能是机车出库升弓前对机车车顶高压导电部分的绝缘状态进行检测，同时将检测结果发送给６Ａ主机并记录。

１．２　绝缘检测的原理
如图１所示，控制蓄电池向绝缘检测模块提供ＤＣ１１０Ｖ电
源，经过逆变绝缘检测模块可以输出０～１７４Ｖ频率为５０Ｈｚ交流电。

绝缘检测模块自检通过后按下检测按钮，模块输出检测信号施加在高压电压互感器二次侧，经过互感器升压，向机车车顶高压导电部分施加检测电压。

若机车车顶设备和线缆的绝缘状态恶化，随着检测电压的升高折算到互感器二次侧的输入功率将迅速增大，功率模块的输出电流也将迅速增大并达到保护值。

绝缘检测模块检测输出电流达到保护值时的检测电压并与报警门限值比较。

若检测电压低于报警门限电压，系统则判断绝缘异常，反之则判断绝缘正常。

目前ＨＸＤ１Ｄ型机车设置的报警门限电压为１９ｋＶ。

图１　绝缘检测电气原理图
　故障模式分析２．１　故障现象
ＨＸＤ
１Ｄ０００６＃机车在进行绝缘检测时，绝缘检测装置显示屏上显示输出电压由０开始逐步上升，
当电压上升到１３．５ｋＶ后不再上升，约２ｓ后输出电压上升至２５ｋＶ，６Ａ显示屏语音箱提示绝缘正常。

随后进行高压试验，发现两端司机室网压表均无网压显示，而司机室微机显示屏上显示网压约为２５ｋＶ。

２．２　故障排查
由于网压表无显示，首先考虑是网压检测回路的接线故障。

在检查接线的过程中发现网测柜高压电压互感器接线盒内断路器＝１１－Ｔ０１－Ｆ０１（见图２）断开。

在此之前网压检测回路正常，但在绝缘检测试验后断路器断开，可能是在绝缘检
测的过程中断路器断开。

为验证断路器断开是否由绝缘检测引起，闭合断路器＝１１－Ｔ０１－Ｆ０１后重新进行绝缘检查，结果仍为“绝缘正常”。

再次打开网侧柜检查，发现断路器＝１１－Ｔ０１－Ｆ０１又一次断开。

因此初步断定断路器断开故障与绝缘检测有关。

断路器频繁断开，首先考虑断路器质量原因。

更换高压电压互感器接线盒内的断路器，并核对接线无误后，再次进行绝缘检测试验，结果和故障现象一样。

由此得出，该故障并不是由断路器的质量引起的。

其次考虑绝缘检测模块故障。

更换绝缘检测模块，再做绝缘检测试验，试验结果和故障现象不变，所以故障发生与绝缘检测模块无关。

技术与市场
创新与实践
２０１９年第２６卷第５
期
图２　断路器＝１１－Ｔ０１－Ｆ０１
再次考虑高压互感器二次侧线路的故障。

经检查高压互感器两路二次侧绕组阻值与绝缘阻值正常，接线正确。

推测此故障与网压检测回路接线无关。

最后在对绝缘检测系统部件进行排查时发现ＨＸＤ
１Ｄ００６＃机车高压电压互感器接线盒内２个断路器有两种型号，而ＨＸＤ１Ｄ００７＃机车只有一种型号。

在高压互感器二次侧有２个输出端（如图３所示），一路到绝缘检测模块、网压表、电度表，另一路到ＴＣＵ。

００６＃机车在绝缘检测回路中所用断路器型号为ＥＰ１０１ＵＣＣ０．５，额定电流为０．５Ａ，在到ＴＣＵ回路中所用断路器型号为ＥＰ１０１ＵＣＣ０１，额定电流为１Ａ，而００７＃机车两个回路断路器型号均为ＥＰ１０１ＵＣＣ０１。

经过查阅技术资料，确认２个回路中断路器型号均应为ＥＰ１０１ＵＣＣ０１。

更换额定电流为１Ａ的断路器后，再次进行绝缘检测试验。

同时测量绝缘检测时回路当中的电流：检测开始后电流迅速升到０．４Ａ，跳变到０．１Ａ后，然后迅速上升至２．３Ａ，绝缘检测模块显示屏上显示测试电压２５．７ｋＶ，检测结果为绝缘正常。

随后进行高压试验，网压表也显示正常。

因此故障原因是由于绝缘检测回路装配的断路器的额定电流小于１Ａ
引起的。

图３　高压互感器二次侧输出
２．３　分析与改进２．３．１　断路器的选型
断路器＝
１１－Ｔ０１－Ｆ０１的主要功能是保护高压电压互感器二次侧回路，防止因网压异常等原因造成高压电压互感器二次侧电流过大烧损高压电压互感器。

所以在选择断路器型号时首先要考虑对高压电压互感器的保护，其次才是满足绝缘检测的需要。

高压电压互感器二次侧额定电流为１Ａ，故为保护高压电压互感器应选择额定电流为１Ａ的断路器。

另外ＥＰ１０１ＵＣＣ０．５和ＥＰ１０１ＵＣＣ０１两种断路器的额定电流都比绝缘检测回路最大电流小，但在使用时出现不同的结果，原因是在选择断路器时，不仅要看断路器的额定电流，还要考虑其脱扣电流及脱扣类型，而上述两个型号的断路器的脱扣类型均为Ｃ类。

目前ＨＸＤ１Ｄ机车上使用的高压电压互感器变比为２
５ｋＶ／１５０Ｖ，配套安装的绝缘检测系统检测回路的最大电流为２Ａ。

ＥＰ１００系列断路器的脱扣特性曲线（如图４所示）中横轴是额定电流倍数，纵轴是脱扣时间，曲线１与坐标轴之间的区域表示在对应的电流和时间内断路器不会断开，在两条曲线之间区域表示在对应的电流和时间内断路器可能会断开，在曲线２上方区域表示在对应的电流和时间内断路器一定会断开。

可以看出在若选择额定电流为０
．５Ａ的断路器，在进行绝缘检测时回路中的最大电流约为额定电流的４～５倍，在曲线上可看出在１～１０ｓ内断路器可能会断开，出现上文提到的故障。

在使用额定电流为１Ａ的断路器时，回路最大电流为额定电流的２～
３倍，断路器在１０ｓ内不会断开，而绝缘检测过程所用时间约为５ｓ左右。

因此可以保证试验顺利进行。

值得注意的是不同生产厂商的断路器的脱扣特性是不一
样，在断路器选型时应具体问题具体分析。

图４　断路器脱扣特性曲线
２．３．２　改进措施
此次发生的故障中存在高压互感器二次侧断路器断开后，系统仍然显示绝缘正常的现象。

原因是在绝缘检测回路中还并联了两端司机室的网压表，
＝１１－Ｔ０１－Ｆ０１断开后，检测对象变为网压表而网压表内阻无穷大，绝缘检测结果仍为绝缘正常。

同时断路器在网测柜内，正常情况下为确保作业人员安全网测柜是锁紧的，这也给检查断路器状态造成不便。

断路器断
开后，这样的检测结果并不能准确反映机车原边电路目前所处的绝缘状态，存在极大的安全隐患。

针对这个问题提出以下２个改进方案。

方案一是在绝缘检测回路断路器所在支路增加电流检测装置（如图５所示），并将检测到的电流信号反馈到绝缘检测系统。

当检测到反馈电流信号为０时，系统判断绝缘异常。

并将
故障信息送入网络控制系统并在微机显示屏上显示故障信息。

图５　增加电流反馈后的检测回路
方案二是增加断路器＝１１－Ｔ０１－Ｆ０１的两组辅助触点，一组辅助触点将断路器的状态反馈给绝缘检测系统，绝缘检测系统检测到断路器断开信号后输出绝缘异常检测结果。

另一组辅助触点将断路器的状态信息反馈给网络控制系统（如图６所示）。

当断路器＝１１－Ｔ０１－Ｆ０１断开后辅助触点１闭合，绝缘检测系统检测到高电平后输出绝缘异常的检测结果，同时辅助触点２闭合，
网络控制系统接受断路器状态信息，并将相关故障信息显示到微机显示屏上。

以上两种方案都能实现对绝缘检测回路的状态进行监测，其中方案二只检测断路器的状态；方案一在增加电流检测反馈后可以实时的观察检测回路的电流变化情况。

但两种方案均未进行实际应用，孰优孰劣仍有待进一步验证。

（下转第３６页）
图８　优化方案３反变形２ｍｍ焊接实物图
分析上述３种边梁结构方案的工艺验证结果，方案１由于焊接收缩导致两个Ｌ型梁对接错位，调修难度极大，平面度难以保证；方案２虽然焊后平面度效果较好，但由于Ｌ型折弯筋板垂直度较难控制，导致Ｃ型梁塞焊位置存在间隙，直接影响该处的焊缝焊接质量，难以保证边梁结构的强度；方案３将右Ｌ型梁的反变形预弯量优化调整至２ｍｍ后，无须火焰调平，平面度即能满足要求。

同时，取消立板反变形，进一步降低了制造成本。

综上所述，选用优化方案３作为高速轻量化机车底架边梁试制方案。

结语
通过研究分析中速轻量化机车边梁焊缝开裂的质量问题，提出３种边梁结构优化方案，并通过工艺验证确定了以双Ｌ型梁加中间纵梁的结构作为高速轻量化机车边梁的主体结构，同时采用反变形的工艺方法，解决了两Ｌ型梁对接焊缝凹陷的问题，确保了高速轻量化机车车体顺利试制，也为后续高速轻量化机车的批量生产奠定了坚实的基础。

参考文献：
［１］　田锡唐．焊接结构［Ｍ］．北京：机械工业出版社，１９９７．［２］　陈祝年．焊接工程师手册［Ｍ］．北京：机械工业出版社，
２００２．
作者简介：
张明凯（１９９２－），湖南株洲人，本科，助理工程师，焊接工艺师。

（上接第３２
页）
图６　增加辅助触点后的检测回路
　结语
本文以ＨＸＤ
１Ｄ００６＃机车在绝缘检测试验时，高压互感器接线盒内断路器频繁跳开为切入点，简单介绍了绝缘检测模块的工作原理及排查此类故障的步骤，并由此分析了断路器选型时应该注意的问题。

最后针对绝缘检测系统中断路器断开后绝缘检测系统误诊断隐患，提出了改进方案，提高了机车的安全性和可靠性。

参考文献：
［１］　毛红军．电力机车车顶绝缘检测装置的研究［Ｄ］．成都：
西南交通大学，２００７．
作者简介：
陈西（１９８２－），男，本科，助理工程师，长期从事机车调试工作。