浅谈交流电力机车接触网产生高次谐波烧损SS3型直流机车阻容保护的原因及改进措施论文_周毅

引言

2018年6月以来，南宁南机务运用段担当货运牵引列车任务的SS3型电力机车陆续发生阻容柜电阻烧损、电容击穿等故障，其中烧损电阻6个，电容2个，严重影响了机车运用安全，打乱了正常的运输生产秩序。解决高次谐波对SS3型电力机车造成危害的问题成为了刻不容缓的事情。

1高次谐波烧损SS3机车阻容柜元件的原因分析

1.1高次谐波的产生

机车在工作过程中，主断路器分合闸、整流换向过程都会产生瞬间的突变电流使阻容回路中的电感产生大电压，这一电压与输入的工频电压叠加在一起产生操作过电压和换向过电压，由于韶山型机车网侧变流器的控制特性，仍会出现与接触网不匹配问题，主要是低频振荡和高次谐波谐振对同一供电系统其他机车的影响。随着交流电力机车运用数量增加，整流器可控硅等非线性负荷不断增多，大量高次谐波注入电网，致使供电系统的电压波形、电流波形发生严重畸变。被污染的谐波对电力系统安全、稳定运行构成潜在的威胁，对接入电网的直流电力机车带来危害，导致的直接结果就是烧损直流机车阻容保护电路。

1.2阻容柜元件烧损的原因

1.2.1当接触网同一供电臂内有交流机车运用时，尤其是在国铁区段黎塘-稔竹、平塘-小平阳等站或区间，有多台交流机车频繁出现或通过时，对SS3型电力机车高压互感器次边线圈进行测量发现电压波形有畸变，并且随着交流机车使用台数的增加产生的高次谐波越多越复杂。由于机车实际运用过程中，同一区段有多少台交流机车无法确定，造成接触网内的高次谐波极其复杂，无法真实的、详细的进行计算。随着谐波频次的升高，回路中的电流增大，电阻消耗的功率也不断加大，远远超过了额定功率1200W（4个300W电阻并联）很容易烧损电阻，造成机车阻容支路故障，由此可见接触网的高次谐波是烧损直流电力机车的主要因素。

1.2.2设计缺陷是机车阻容支路烧损的间接原因

SS3型电力机车阻容支路电阻结构为电阻丝缠绕在陶瓷上，外部为铝壳结构（如图3），中间用石英砂填充，随着高次谐波的增加，电阻丝的温度可以达到1000℃以上，而铝壳的熔点为600℃左右，电阻丝的热量通过石英砂（熔点1700℃左右）不断传递到铝壳上，因此会引发电阻变色烧损。

另外直流机车的阻容吸收装置、空载电阻、大功率的功补电阻属于高压设备。为了节省空间，这些元件设计时往往安装在一个阻容柜或功补柜上，电阻排之间距离狭小，上下层电阻安装时不对称，影响了通风和散热。绕线电阻率随着温度升高而线性增大，吸收电阻温度升高，电阻发热增大。实际检测阻容柜或功补柜的环境温度并观察，当低于200℃时电阻工作正常，当高于200℃时电阻开始慢慢发红，当电阻高于350℃左右时电阻融化漏沙，最终被烧损，造成机车阻容支路故障而影响正常运行。

2改造方案

2.1方案简介

2.1.1在不改变机车原阻容保护电阻阻值的情况下，将原有SS3机车4组（每组4个10Ω×300W并联）的铝壳电阻，更换成4组（每组3个7.5Ω×1500W并联）机车特制线绕电阻。适应于主整流装置非5吋大功率硅元件机车改造。

2.1.2装置充分考虑了电阻器的散热空间，以及装置的安装位置和空间，以每组3个7.5Ω×1500W机车特制线绕电阻并联连接后，安装在绝缘板上，并将4组电阻均匀分布地安装一个新电阻安装支架中，把电阻安装支架固定在原阻容柜上方。

2.1.3将原有SS3阻容回路中4组阻容回路电容器（6μF / 1500V），更换为（CH69A，6μF / 1700V）电容器。

2.1.4为增加阻容回路的整体电流容量，将阻容回路的原电缆线（2.5mm2/3000V）全部更换为4.0mm2/3000V的电缆线。

2.1.5在新电阻的右侧安装散热风机箱，其散热风机箱使用电源（AC220V），从低压柜用1.0mm2 机车专用电缆接到风机组的输入端子排，该特种交流散热风机箱当机车处在升弓整备状态时，对RC电路的电阻进行通风散热，加强其环境空气的对流，增强电阻散热功能；当机车行驶时，因牵引风机工作，则该风机箱自动停机。该风机箱有自我保护系统，如发生故障，会自行保护，也可以人为断开，不会影响机车安全行驶。据现已改装的SS4、SS6B、SS8、SS9等车型监测温度显示，安装使用散热风机箱后，RC电路的电阻表面温度显著降低，极大的改善了工作环境和条件，保证了机车的安全运行。

2.2方案说明

2.2.1主电路

主电路图：

图1 主电路图

电阻根据机车原有图纸的技术要求进行非标设计，其参数如下：

额定功率：1500W

阻值：7.5Ω

过负载能力：依据GB5729.4.13

通过100A可持续1秒；

通过30A可持续1分钟。

电阻安装：电阻独立安装在12mm环氧板上，提高其电气绝缘性能。绝缘板下再安装云母隔热板，进一步提高绝缘和隔热性能。

电缆更换：电阻接线端由过渡铜排进行过渡连接，之后连接4mm²/3000V机车专用线。

电阻安装支架：电阻安装支架整体安装在原阻容柜顶部，外形尺寸为：900mm×560mm×380mm（长×宽×高），使用4个M10六角头螺栓固定。

为方便段方对电阻柜的整体吊装，将原阻容柜柜顶的吊环移动至电阻安装支架顶部。

2.2.2辅助电路

辅助电路图：

图2辅助电路图（机车未安装LCU）

图3助电路图（机车安装LCU）

该电路中的风机箱采用六个特制由四片叶扇组成的进口高效风机，对工作电阻吹风散热，该风机技术参数如下：

风量：2.68m³/mim。

功率：29 W。

转速：2700 R/mim ±10％。

工作条件：>50000 h；在40℃时，连续工作时间>3200 h。

工作温度：-30℃ ～ 75℃。

风机箱内有稳压电源、自动开关、直流继电器和箱体等五部分组成，具有自我欠压、欠流、短路等保护功能。

风机箱进线有AC220V空气断路器进行电路保护，确保能手动自动切换，保证风机箱故障时机车仍能安全运行。

3结束语

通过对50台SS3电力机车阻容柜进行了技术改造，有效减少了阻容柜保护电容、电阻过热烧损，降低了故障临修率，节约了机车检修成本，从根本上避免了机车火灾事故。

参考文献：

范荣华，SS改机车过电压吸收电路烧损的原因及改进措施《科技创新与应用》2014年第32期

论文作者:周毅

论文发表刊物:《基层建设》2019年第32期

论文发表时间:2020/4/7

标签：电阻论文;  机车论文;  谐波论文;  电力机车论文;  风机论文;  过电压论文;  回路论文;  《基层建设》2019年第32期论文;