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1前言

554改型電力機(jī)車(chē)用變流裝置是554改型電力機(jī)車(chē)主要改進(jìn)的新設(shè)計(jì)項(xiàng)目之一。它于554型電力機(jī)車(chē)整流裝置比較，其顯著特點(diǎn)之一就是使用了大功率的整流管和晶閘管，從而減少了橋臂并聯(lián)元件和各種附件，有利干橋臂支路間的均流。但是由于各種原因，在機(jī)車(chē)運(yùn)用中因晶閘管和整流管擊穿而引起的整流柜破損問(wèn)題也日益突出。

2故障統(tǒng)計(jì)及測(cè)試記錄

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2001年度鄭州北機(jī)務(wù)段中修的554改電力機(jī)車(chē)共32臺(tái)，檢修過(guò)程中發(fā)現(xiàn)整流柜破損的機(jī)車(chē)17臺(tái)，故障率為53.1%。更換晶閘管43個(gè)，二極管門(mén)112個(gè)，熔斷器126個(gè)，電容235個(gè)，電阻67個(gè)。僅此一項(xiàng)需成本40.8303萬(wàn)元，平均每臺(tái)車(chē)增加成本1.2759萬(wàn)元。2001年9月，554型199機(jī)車(chē)二次中修，其解體前均流測(cè)試及故障元件測(cè)試記錄如表1、表2。由表中可以看出，476#整流柜其并聯(lián)支路最大增多流系數(shù)為0.96，最小為0.67。損壞晶閘管1個(gè)，二極管2個(gè)，電容4個(gè)。小于規(guī)定限度0.85的有三個(gè)橋臂(T4、Dl、D3)，不能滿足正常運(yùn)用的要求。其中D3臂均流系數(shù)只有O‘67，兩支路電流差為45OA，使D3一l元件長(zhǎng)期承受過(guò)大電流，從而使其性能下降，以至燒損。

3原因分析

554改型電力機(jī)車(chē)整流柜故障的現(xiàn)象有兩種:一種是提手柄跳主斷路器，多為二極管損壞;另一種是運(yùn)行中跳主斷路器，主斷路器復(fù)合不上，多為晶閘管擊穿。

3.1元件散熱器積灰較多

2001年7月，554型304機(jī)車(chē)區(qū)間運(yùn)行中整流柜機(jī)破，返段后經(jīng)測(cè)試A節(jié)I架整流柜TZ臂晶閘管損壞1個(gè)。解體后檢查發(fā)現(xiàn)元件散熱器上積灰較多，尤其是破損元件，散熱器間布滿灰塵和雜物，元件瓷環(huán)有明顯燒痕。按工藝要求更換元件，并清洗整柜后上車(chē)運(yùn)行正常。因此判定元件損壞的原因是由于過(guò)熱燒損。554改型電力機(jī)車(chē)變流裝置使用的硅元件也和其他電氣設(shè)備一樣，決定其允許電流大小的是溫度。主晶閘管KP以300一28規(guī)定殼溫70C時(shí)額定通態(tài)平均電流為13。。A，ZP*21。。一28主整流管規(guī)定殼溫為90‘C時(shí)額定正向平均電流為2100A。但實(shí)際上，KP;1300一28晶閘管配上SF35B散熱器在冷卻風(fēng)速6。/s下長(zhǎng)期通過(guò)的通態(tài)平均電流只有65OA左右。可見(jiàn)，由于散熱條件的限制，晶閘管通過(guò)的通態(tài)平均電流也受到限制。當(dāng)散熱器的表面被厚厚的灰塵覆蓋時(shí)，或通風(fēng)機(jī)的冷卻風(fēng)速不夠時(shí)，都有可能造成元件殼溫較高而燒損，從而造成整流柜故障，影響機(jī)車(chē)的牽引力。

3.2阻容保護(hù)裝置失效

在現(xiàn)場(chǎng)中發(fā)現(xiàn)，阻容保護(hù)電路故障也可能引起元件的擊穿。2001年5月，554型332機(jī)車(chē)中修，整流柜解體后，元件測(cè)試中發(fā)現(xiàn)T4臂一晶閘管擊穿，元件散熱器及瓷環(huán)外觀均無(wú)異常，但發(fā)現(xiàn)其阻容保護(hù)電容膨脹、漏液，經(jīng)測(cè)量其電容值，僅為06拌F，與標(biāo)稱(chēng)值(1士10%)產(chǎn)F相差很多，使阻容保護(hù)裝置失去了正常的保護(hù)作用。因此可以推斷晶閘管當(dāng)時(shí)被擊穿的真實(shí)過(guò)程:當(dāng)半導(dǎo)體元件從正向?qū)ㄟ^(guò)渡到恢復(fù)反向阻斷時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)很大的換相過(guò)電壓，其數(shù)值可達(dá)工作電壓峰值的5~6倍，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其能承受的正常反向電壓，如果此時(shí)在晶閘管兩端并聯(lián)的阻容保護(hù)裝置能正常工作，使過(guò)電流通過(guò)RC支路而續(xù)流，則di/dt可以減少很多，從而抑制過(guò)電壓，但恰恰是阻容保護(hù)裝置的損壞，使這個(gè)過(guò)電壓加在已經(jīng)恢復(fù)阻斷特性的元件上(如圖1所示)，使其反向漏電流突然增加，以致?lián)舸?8圖1

3.3均流系數(shù)較低，不滿足規(guī)程(不低于0.85)要求

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，中修整流柜解體前均流測(cè)試中均流系數(shù)較低的橋臂，在元件測(cè)試中其相應(yīng)參數(shù)都有不同程度的性能下降或損壞。2001年12月，554型376機(jī)車(chē)二次中修，整流柜解體前均流測(cè)試，發(fā)現(xiàn)T6臂T6一1、T6一2電流分別為730A、21OA，均流系數(shù)只有0.64。更換T6一2元件后均流系數(shù)變化不大，但把T6一1元件拆下后發(fā)現(xiàn)其為另一廠家產(chǎn)品，違反了《韶山4型電力機(jī)車(chē)段修技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定“更換元件時(shí)，不同廠家的產(chǎn)品不能混裝”的要求，其根本原因在于不同廠家的產(chǎn)品性能參數(shù)有可能相差較遠(yuǎn)，造成分流不均。按工藝要求更換T6一l元件后，測(cè)試兩電流為410A和43OA，均流系數(shù)為。.98。檢測(cè)換下的T6一1元件，其斷態(tài)重復(fù)峰值電流為165mA，己不符合要求。因此猜想T6一1元件有可能是臨修時(shí)更換，沒(méi)有做均流測(cè)試，也沒(méi)有考慮是否同一廠家產(chǎn)品。

3.4均流測(cè)試與機(jī)車(chē)實(shí)際狀態(tài)的不同

由于現(xiàn)有的均流測(cè)試裝置提供的觸發(fā)脈沖只能是TST6、TITZ、T3T4分別開(kāi)放，均流試驗(yàn)時(shí)不能使整流柜按照三段橋的順序開(kāi)放，而與機(jī)車(chē)實(shí)際工作狀態(tài)不同。雖然元件測(cè)試了反向重復(fù)峰值電壓和斷態(tài)重復(fù)峰值電壓(晶閘管)，但做均流試驗(yàn)時(shí)，整流柜交流輸人端接低壓大電流變壓器，元件只承受大電流，而沒(méi)有承受正向和反向電壓，有可能出現(xiàn)元件軟擊穿的現(xiàn)象。比如:2001年5月，在段中修的554型305機(jī)車(chē)高壓調(diào)試時(shí)提手柄跳主斷路器，判斷整流柜故障，但下車(chē)后均流測(cè)試正常。元件測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)D3一2整流管URRM280OV時(shí)，IRRM為15mA;U以M3000V時(shí)，IRRM為158mA。由上伏安特性圖可以看出，其在280OV時(shí)，IRRM并不超限，但隨著電壓的上升，其漏電流值增加突然加快，瞬間造成元件擊穿。現(xiàn)場(chǎng)更換此元件后正常。0.OZV;更換換相電容器和電阻器時(shí)也應(yīng)測(cè)量其標(biāo)稱(chēng)值。(3)元件測(cè)試反向重復(fù)峰值電壓和斷態(tài)重復(fù)峰值電壓時(shí)，不僅僅測(cè)量280oV時(shí)的漏電流，還要看其在3o0OV時(shí)的曲線，變化過(guò)陡時(shí)應(yīng)引起重視。

4建議

從以上分析可以看出，造成554改型電力機(jī)車(chē)硅整流柜元件損壞的原因是多方面的，我們僅從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際出發(fā)，提出以下建議:(1)加強(qiáng)對(duì)整流柜及元件散熱器的清洗，特別是在每年的夏季，保證晶閘管在通過(guò)大電流時(shí)產(chǎn)生的熱量能正常散失。(2)更換元件時(shí)，應(yīng)保證換上元件與換下的元件為同一廠家，管芯壓降相等或相差不大于5今后方向通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)多年來(lái)的實(shí)踐可以看出，國(guó)內(nèi)電力機(jī)車(chē)整流柜采用的硅元件容量還有些過(guò)小，怎樣在同等散熱條件下提高其通過(guò)的通態(tài)平均電流，還是一個(gè)課題。在中國(guó)鐵路不斷提速的同時(shí)，更要求電力機(jī)車(chē)向重牽引、高速度上發(fā)展，因此對(duì)直流電傳動(dòng)機(jī)車(chē)來(lái)說(shuō)，只有研究出大容量、高質(zhì)量的硅元件，才能保證機(jī)車(chē)的可靠運(yùn)行與安全。