周子航　上海鐵路局上海機車檢修段

HXD3C型電力機車是中國中車集團在HXD3型電力機車（日本東芝公司）和HXD3B型（加拿大龐巴迪公司）的基礎上，采用高度集成化和模塊化的設計思路，研發(fā)和生產(chǎn)的交--直--交型六軸7200kW客貨兩用電力機車，具有起動（持續(xù)）牽引力大、恒功率速度范圍寬、粘著性能好、功率因數(shù)高、能源消耗低等特點。

在機車運用及入庫檢修調試過程中，接地故障是最為常見的電氣故障之一。“接地故障”指的是因機車的連接電纜絕緣破壞、電纜接頭或線排毛刺、電氣觸頭飛弧等導致電路與車體、車架以及與之相連或相鄰的導電體導通而引起的機車電氣故障。一般而言，單點接地對機車的正常工作影響較低，但兩點或多點接地的情況可能會產(chǎn)生較大的短路電流，危及系統(tǒng)部件的正常工作，甚至導致機破。

為保障機車行車安全、提高機車檢修時的故障排查效率，本文就HXD3C型電力機車的主電路、輔助電路以及控制電路的接地故障進行分析，并提出對應的故障排除思路。

1　主電路接地故障分析

HXD3C型電力機車主電路主要由網(wǎng)側電路、主變壓器、主變流器和牽引電機四部分組成。25kV單相交流電經(jīng)由車頂高壓電路進入機車主變壓器，隨后通過整流、逆變等過程將電能輸送給三相交流牽引電機，如圖1所示。

圖1　HXD3C型電力機車主電路（網(wǎng)側電路未畫出）

由于機車主電路系統(tǒng)集成度較高（整流、中間電路、逆變等相關電器封裝于主變流器內(nèi)）以及C4修工藝范圍（主變壓器和主變流器不下車）等因素的影響，主電路的接地故障主要為活接地故障，或稱浮接地故障，表現(xiàn)為主電路接地故障后出現(xiàn)又消失，隨后不定時反復出現(xiàn)，具有很強的隨機性和隱蔽性，嚴重影響機車的正常運用。

結合機車主電路高電壓、大電流的特點，活接地故障主要出現(xiàn)在機車牽引電機負載運行過程中。隨著機車負載的增大，牽引電機端電壓也隨之提高，當達到一定數(shù)值時，若某點存在絕緣不良，如過度磨損、絕緣材料老化、破裂或破損等，則會導致對相鄰導體爬電，造成接地。當此高電位下降至材料絕緣性得以維持時，接地故障消失。

結合上述分析過程，解決此類主電路的接地故障的關鍵在于尋找可能的活接地點，重點關注機車主電路大線是否與周邊部件存在碰磨現(xiàn)象（該問題在機車質檢和驗收過程中多次出現(xiàn)）、6個牽引電機大線絕緣是否完好、電機接線柱處是否有放電痕跡。此外，機車主電路活接地故障具有一定的季節(jié)性和周期性，如南方梅雨季節(jié)易導致機車內(nèi)部部分區(qū)域因排水不暢而出現(xiàn)內(nèi)部積水、夏季因機車散熱不良而導致絕緣能力下降，從而引起鄰近線頭出現(xiàn)閃烙接地。

2　輔助電路接地故障分析

從功能上來看，HXD3C型電力機車的輔助電路可劃分為三相輔助供電電路、輔助加熱電路和庫用電源電路三個相對獨立的部分。

就三相輔助電路而言，機車設有兩組獨立的輔助變流器UA11、UA12（又稱 APU1、APU2），其工作情況直接關系機車的工作狀態(tài)，是機車安全運行的關鍵。輔助變流系統(tǒng)采用冗余設計理念，每個輔助變流器內(nèi)的保護電路均能夠實現(xiàn)接地、過流、過壓、過溫、過載等保護功能。當輔助回路出現(xiàn)接地故障時，TCMS會自動斷開對應的輸出接觸器KM11或KM12，然后再閉合故障轉化接觸器KM20，從而維持機車輔助系統(tǒng)的運行，整個系統(tǒng)如圖2所示。結合此類接地故障出現(xiàn)的原因，可根據(jù)輔助電路工作接觸器KM11、KM12、KM20、預充電接觸器AK以及工作接觸器K的相對位置以及工作特點，采用甩線、隔離等操作進行分片區(qū)排查。

圖2　HXD3C型電力機車輔助電路示意圖

圖3　HXD3C型電力機車部分輔助設備電路

此外，采用類似的借助接觸器、開關、端子排處甩線等分片區(qū)故障排查法也基本適用于各輔助設備接地故障。根據(jù)APU運用經(jīng)驗，APU自身很少發(fā)生接地故障，絕大多數(shù)APU接地故障是由輔助設備接地造成。此時應重點關注KM12、KM20、以及各輔助設備之間的電氣線路，如圖3所示。以機車上電前的絕緣檢測中發(fā)現(xiàn)油泵接地故障為例，該故障表現(xiàn)為兆歐表在U2、U4點測量時顯示絕緣電阻為0，依次斷開各輔助設備開關，發(fā)現(xiàn)斷開QA21后檢測恢復正常，閉合QA21則表現(xiàn)接地故障。所以此時應重點關注QA21與MA21（油泵1）之間的電氣線路；在斷開QA21的前提下，斷開車底油泵1和2接線端子排上228線的連接，對兩端接線以及對應端子進行絕緣檢測，僅發(fā)現(xiàn)228線近MA21側接地；在上述甩線基礎上，拆除228線與MA21的U、V、W接線柱的連接后進行絕緣檢測，發(fā)現(xiàn)MA21絕緣良好，但油泵與端子排之間的車底連線接地，由此可以判定接地點出現(xiàn)在該段接線上。實踐證明該接地故障是由該段接線接頭處部分銅絲毛刺未進行有效包扎導致。

3　控制電路接地故障分析

機車的正常運行離不開各系統(tǒng)精確的控制和信息監(jiān)測。對HXD3C型電力機車而言，其控制電路主要包括三大系統(tǒng)（機車控制和管理系統(tǒng)、機車行車安全綜合信息監(jiān)控系統(tǒng)以及克諾爾CCBⅡ制動系統(tǒng)）電路以及機車外圍電路構成。

與HXD3B型電力機車不同，HXD3C型電力機車的控制回路接地故障檢測延續(xù)了HXD3型電力機車，采用負極接地模式，如圖4所示。該接地檢測電路由一個接地檢測開關QA59以及兩個高阻值電阻R71、R72并聯(lián)組成，并聯(lián)后的兩端分別連接至車體接地點以及DC110V回路的負極。正常工作時，QA59自動開關閉合，兩個高阻值電阻被短接，回路直接經(jīng)由該開關支路與接地點連接，為DC110V電源電路提供對地基準電位；當發(fā)生正極接地故障時，自動開關QA59斷開，此時機車控制回路則經(jīng)由高阻值電阻與車體接地點連接，代替原先的開關支路提供對地基準電位，維持機車運行。結合該類接地檢測原理以及上述分析可知，該種接地故障檢測方式只能判定正極接地，而無法判定負極接地故障。因此當DC110 V電源電路存在負極接地而未被識別排除時，一旦機車的控制回路出現(xiàn)了正極接地故障，則會引起整個機車控制電源短路，嚴重危及機車正常運行。

圖4　HXD3C型電力機車控制回路接地檢測電路

因此，結合上述對控制電路接地檢測電路的原理分析，故障排除前應首先區(qū)分是正極接地、負極接地還是正負極同時接地。當確定控制電路正極接地時，利用“瞬時停電”法，在機車蓄電池供電情況下（保持 QA61 閉合），依次斷開、閉合 QA41～QA58、QA60、QA62、QA63斷路器，直至微機屏“接地故障”提示消失，此時對應的回路即為接地故障回路。值得注意的是在排除接地故障后應再次進行確認，避免漏查漏檢多點接地故障。當確定是負極接地時，結合負極接地的隱蔽性特點，可采用經(jīng)驗法（刮雨器、重連電話、冰箱等回路）、接插件拔除法、負線母排拆線排除法；當發(fā)現(xiàn)控制回路的正負極均出現(xiàn)對地絕緣程度低等情況，可采取上述正極接地排除法、負極接地排除法或者交叉使用。

4　結論

本文就HXD3C型電力機車的主電路、輔助電路以及控制電路的接地故障進行分析，并提出對應的故障排除思路，提高了解決該型機車接地故障的判斷和排除效率。對機車主電路接地故障而言，結合機車主電路高電壓、大電流的特點，應重點關注機車主電路中的牽引電機大線絕緣是否完好，并注意季節(jié)性因素；對機車輔助電路接地故障而言，可根據(jù)輔助電路工作接觸器KM11、KM12、KM20、預充電接觸器AK以及工作接觸器K的相對位置以及工作特點，采用甩線、隔離等操作進行分片區(qū)排查；對機車控制電路接地故障而言，需結合接地檢測裝置的工作原理，在區(qū)分正極接地、負極接地還是正負極同時接地的基礎上采用對應的接地故障排除方法。

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