HXD3型机车APU辅助变流器常见故障现象及原因浅析(修改完)

HXD3型电力机车APU辅助变流器常见故障及原因浅析
摘要：根据HXD3型电力机车现场使用情况，分析APU辅助变流器常见故障及原因，并提出相应对策。

关键词：HXD3电力机车APU辅助变流器常见故障
济南机务段目前已经配属了大量HXD3型机车。

在担当牵引作业期间，机车上的APU辅助变流装置表现出了各种各样的故障类型和质量隐患，给机车的安全运行带来了较大的威胁。

以下对我段HXD3型机车辅助变流装置故障频率及其造成机破、临修情况进行简单分析。

一、APU辅助变流装置原理及性能参数
1.1基本原理
辅助变流器APU通过IGBT 的四象限整流器单元把牵引变压器二次线圈提供的交流电转换为电压恒定的750V直流电，一方面向110V蓄电池充电装置PSU提供电源（如图1），另一方面供给由IGBT 构成的PWM脉宽调制逆变器单元，通过逆变器最终转换为三相交流电源提供给辅助电动机组。

每台HXD3机车均设有2台变流装置，每台变流装置内含有3组主变流器和1组APU辅助变流器。

因此，每台机车共设置有2组APU。

2组APU的额定容量均为230 kVA，分别由牵引变压器的2个辅助绕组供电，辅助绕组的电压均为399V。

APU1主要是为6台牵引电机通风机和2台复合冷却器通风机提供变
压变频（VVVF）电源，APU2主要是为了给2台压缩机电动机、2台牵引变压器油泵、2台主变流器水泵、2台司机室空调、2台辅助变流器风机提供恒压恒频（CVCF）的电源。

同时APU2还经过隔离变压器，分别向司机室辅助加热设备、卫生间及压缩机加热回路和低温预热设备提供AC 220V和AC110V交流电源。

在正常情况下2组辅助变流器全部投入工作，基本上均以50%的额定容量运行。

辅助变流器APU1工作在变压变频（VVVF）方式，辅助变流器APU2工作在恒压恒频（CVCF）方式，分别为机车辅助电动机及电路供电。

当某一套辅助变流器发生故障时，机车微机控制系统（TCMS）通过监控，自动发出指令，断开故障APU相对应的输出接触器（KM11或KM12），再自动闭合故障转换接触器（KM20），切除故障APU1，把发生故障的一组辅助变流器的负载切换到另一组辅助变流器上，由该组变流器承担起机车全部的辅助电动机负载。

此时，该辅助变流器按照恒压恒频（CVCF）方式工作，从而确保机车辅助电动机供电系统的可靠运行。

图1 APU中间直流环节提供PSU DC750V示意图
图2 HXD3机车APU辅助变流器整体结构图
基本性能参数
APU构成整流器单元1台+ 逆变器单元1台×2组/机
输入电压单相AC 399V
输入频率50 Hz
中间直流环节电压DC 750V
元件类型IGBT (1 700V，1 200 A)
调制方式四象限整流（输入）+ PWM（输出）
恒压恒频（CVCF）变流器输出容量230 kVA
输出电压三相AC 380V
输出频率50 Hz
变压变频（VVVF）变流器输出容量230 kVA
电压控制范围2～380V可变
频率控制范围0.2～50 Hz可
冷却方式强制风冷
二、常见的HXD3型APU故障类型分析及原因
2.1 APU不启动
分析原因：
①同期网压信号线92#与100#线接反，造成相位不符；
②因KM11或KM12信号异常或信号中断而未输入到变流器中，变流器无法进行确认导致APU不启动；
③DCPT故障,造成对中间直流环节电压的错误判断导致APU不启动。

对策措施：
①同期网压信号线接反，可将92#线与100#线对调；
②KM11或KM12信号异常或未输入，需确认该信号是否已输入到CN5-26中，或者检查KM11、KM12上信号是否已经输出了；
③DCPT故障，需检测确认DCPT的电阻阻值和输出值是否正常。

2.2 APU 装置DF熔断
现象：TCMS显示屏上出现<DF熔断>。

原因分析：
DF熔断器是一个保险装置，是APU中间直流环节向110V充电电路PSU供给750V直流电源的保护元件。

DF熔断现象一般有2种情况。

①一是负载瞬间过载，造成DF熔断，如果是这样可以从DF外表看
出，DF上的红色钮将会弹出。

②二是PSU负载故障（包括烧损、过流、过载等），造成DF熔断。

③三是DF并没有真的熔断，而是由于DF辅助触点接线错误导致显示电路故障所造成的一种假象，这时可以检查是否是辅助触点有问题。

正常的状态应该是接在常开点上，如图3所示。

如果辅助触点接在常闭点上，就会导致报DF熔断的故障，
图3 DF熔断器
对策措施：
①在第1种情况下，更换DF就可以恢复正常。

②在第2种情况下，必须首先检查PSU装置，对故障的PSU装置进行更换处理后才能更换DF熔断器。

③在第3种情况下，应先检查确认辅助触点的接线状态，并将其恢复到常开点上就可以恢复正常了。

2.3 APU故障（KM20误动作）
现象：显示器出现APU-I、APU-C 不动、APU频率异常、FC过电压或接地。

原因分析：因发生在特定的机车上，初步判断受到干扰影响的可能性非常大。

对策措施：
对发生故障问题的机车，为了保证2台APU装置均正常工作时，使延长供电接触器（KM20）不产生受干扰而导致的误动作，变更配线，将KM11与KM12的辅助触点并入KM20的启动电路，增加联锁装置。

具体配线如图4所示
图4 KM11与KM12的辅助触点并入KM20的接线图
2.4 APU故障（辅助触点异常）
现象：机车在运行的时候，水泵和辅助变流器灯闪烁，同时牵引电机电流归零。

原因：LV柜后侧CN3连接器的15PIN（线号：665，去往KM12
处）松动，这样使APU-CTR误判断认为KM12辅助触点虚连，造成水泵和辅助变流器灯闪烁现象；22 PIN（线号：762去往KM14）松动。

对策措施：
检查15PIN、22PIN插针连接状态，确认连接良好后再行试验。

2.5 APU污损故障(温度过高)
现象：TCMS显示屏显示APU污损。

原因：变流柜进风入口处只设计安装有百叶窗而未设计灰尘过滤网，因此，在APU工作中进行风循环冷却时，大量灰尘随空气直接从百叶窗进风口进入风道，时间一长，导致APU整流、逆变单元冷却用的散热器散热片上积聚大量灰尘堵塞散热片通风和散热的通道，散热效果差，造成APU温度升高。

机车运行中一旦检测到APU温度过高，就会自动报警，显示APU温度过高，并自动切除故障的一组APU，维持故障运行。

当另一组APU同时出现温度过高时，则无法维持运行，将中断机车的正常牵引。

对策措施：
①定期清洗散热器散热片；
②建议厂家改进设计，在APU进风口百叶窗内侧加装防止灰尘进入的防护滤网，对灰尘进行隔离，也便于定期对滤网进行清洗。

2.6 APU接地或负载三相不平衡后APU转换异常。

原因：该种情况多为负载自身异常导致APU控制异常。

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（2分钟内连续发生多次，该辅助变流器将被锁死，必须切断辅助变流器控制电源断路器QA47后重新闭合方可解锁）。

三、结束语
HXD3型电力机车作为我国目前最先进的交流传动货运电力机车之一，在济南机务段运用时间不长，检修人员还处于不断学习和摸索阶段。

对现阶段HXD3机车APU发生的一些主要故障现象，提出了自己的一些不成熟的意见，希望能共同学习交流，以达到更好地维修和使用好HXD3型机车的目的。

温宏儒男1985年济南机务段助理工程师
叶鹏男1983年济南机务段助理工程师。