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。

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