劉偉峰

（南寧局集團(tuán)公司 柳州機(jī)車車輛有限公司 工程師 廣西柳州 13633073486）

1 問(wèn)題的提出

SS3、SS3B 電力機(jī)車大修后，投入運(yùn)用一段時(shí)間（半年左右），數(shù)臺(tái)機(jī)車出現(xiàn)制動(dòng)電阻帶燒損故障。經(jīng)統(tǒng)計(jì)燒損部位，電阻帶引出母線焊接部位占多數(shù)，為燒損的主要部位。電阻帶燒損，機(jī)車無(wú)電阻制動(dòng)性能。這種故障的發(fā)生對(duì)機(jī)車的安全運(yùn)行造成較大的影響，同時(shí)給機(jī)車返修帶來(lái)較大困難，返修成本也較大。

2 制動(dòng)電阻柜的結(jié)構(gòu)及電氣原理

要找到制動(dòng)電阻帶燒損的成因，須從機(jī)車運(yùn)用和設(shè)備狀態(tài)、工作原理諸方面分析入手，筆者結(jié)合SS3 型機(jī)車檢修經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為熟悉機(jī)車制動(dòng)電阻柜的結(jié)構(gòu)及電氣原理是準(zhǔn)確判斷故障并有針對(duì)性地采取防范措施的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

2.1 基本結(jié)構(gòu)電阻柜是安裝制動(dòng)電阻元件的地方，也是冷卻空氣的通道，結(jié)構(gòu)上既要保證電阻元件安裝牢固穩(wěn)定，有良好的耐振性能，又要有足夠的電氣間隙和爬電距離。作為風(fēng)道要盡量減小風(fēng)阻，使電阻帶均勻地受到通風(fēng)冷卻，散熱性能良好。SS3型電力機(jī)車共配置兩臺(tái)TZZ4 型制動(dòng)電阻柜，SS3B固定重聯(lián)機(jī)車配置四臺(tái)TZZ4 型制動(dòng)電阻柜。一個(gè)電阻柜共有18個(gè)電阻元件，分為左中右3排，每排分6層，每排6個(gè)元件用軟銅編織線首尾串聯(lián)成一個(gè)電阻段，每排自成獨(dú)立電阻段，電阻段的阻值（20℃）為（3.22±5%）Ω，圖1 是電阻柜接線原理圖。電阻元件是電阻柜的核心，電阻元件主要由電阻帶、雙頭螺紋方鋼、高鋁瓷夾和前后金屬支板組成，高鋁瓷夾套在方鋼上，6 根方鋼分上下兩層用螺母固定在前后金屬支板上，電阻帶的上下邊緣就鉗在瓷夾的槽中而受到支撐。

圖1 電阻柜接線原理圖

2.2 控制保護(hù)電路工作原理SS3 電力機(jī)車制動(dòng)電阻裝置通風(fēng)道上采用了TYJ5A 型風(fēng)道繼電器，主要用來(lái)監(jiān)視電阻制動(dòng)工況通風(fēng)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，以確保通風(fēng)系統(tǒng)有足夠的風(fēng)量，使電阻帶均勻地受到通風(fēng)冷卻，從而使電阻帶各處溫度基本保持一致。在機(jī)車故障時(shí)，為使電氣設(shè)備免受損壞，SS3 系電力機(jī)車上采用了很多保護(hù)措施。機(jī)車電阻制動(dòng)時(shí)設(shè)有風(fēng)壓控制電路保護(hù)，在制動(dòng)工況下，保護(hù)制動(dòng)電阻帶免遭過(guò)熱燒損。圖2 是SS3 機(jī)車電阻制動(dòng)控制保護(hù)電路圖。

由圖2可以看出電阻制動(dòng)工況時(shí)，預(yù)備環(huán)節(jié)YZJ電路中，因主斷路器已閉合，即QDK 閉合；WHZJ 位轉(zhuǎn)制動(dòng)工況選擇完成已閉合。司機(jī)必須開(kāi)動(dòng)1～4ZFD 軸流通風(fēng)機(jī)，風(fēng)道繼電器1、2、3、4ZFJ 動(dòng)作閉合使FSJ 得電保持閉合，從而使YZJ 得電閉合，完成電路預(yù)備。此時(shí)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的前提條件已經(jīng)具備，調(diào)速手柄SKT離開(kāi)“0”位，零位時(shí)間繼電器LWSJ閉合，LC 接觸器得電，電阻制動(dòng)在電子柜控制下進(jìn)行。制動(dòng)工況時(shí)，若發(fā)生某牽引電機(jī)電樞電路過(guò)流、勵(lì)磁電路過(guò)流，電子柜ZGZK 中保護(hù)電路開(kāi)通，使導(dǎo)線314#—334#接通，勵(lì)磁中間繼電器LCZJ 得電閉合，切斷LC 線圈電路，LC 打開(kāi)，從而切斷勵(lì)磁電路，電阻制動(dòng)解除。

圖2 電阻制動(dòng)控制保護(hù)電路原理圖

SS3B 固定重聯(lián)機(jī)車電阻制動(dòng)控制保護(hù)原理類似SS3機(jī)車，只是實(shí)現(xiàn)的方式由邏輯控制單元完成。

3 故障原因

通過(guò)上述設(shè)備感性介紹和理性分析，特別是通過(guò)調(diào)閱相關(guān)檢修記錄、組織部分檢修人員對(duì)落修的電阻制動(dòng)柜故障部位進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)故障原因主要包括以下方面。

3.1 電阻段之間短路部分電阻元件由于發(fā)熱、過(guò)熱變形、竄動(dòng)，造成片間搭接、電阻段之間短路燒損，此項(xiàng)引起的燒損產(chǎn)生的后果最為嚴(yán)重，往往造成兩整組電阻段電阻元件全部過(guò)熱，至少數(shù)片以上電阻元件燒損而不能使用。

1）機(jī)車運(yùn)用過(guò)程中的誤操作引起的電阻過(guò)熱燒損，也就是說(shuō)機(jī)車實(shí)際在未開(kāi)啟制動(dòng)風(fēng)機(jī)的情況下實(shí)施了電阻制動(dòng)。從圖(二)機(jī)車設(shè)計(jì)電路邏輯控制關(guān)系來(lái)看，正常情況下未開(kāi)啟制動(dòng)風(fēng)機(jī)的機(jī)車是無(wú)法實(shí)施了電阻制動(dòng)的，它有一個(gè)風(fēng)道繼電器保護(hù)環(huán)節(jié)，即使當(dāng)風(fēng)道繼電器因故障被隔離需要進(jìn)行電阻制動(dòng)，也要求乘務(wù)員在操作時(shí)必須先開(kāi)啟風(fēng)機(jī)后再投入電阻制動(dòng)。運(yùn)行途中機(jī)車在開(kāi)啟牽引風(fēng)機(jī)的情況下，司機(jī)室噪音較大，司乘人員很可能誤以為已經(jīng)啟動(dòng)制動(dòng)風(fēng)機(jī)，這是其一；另一種情況是風(fēng)道繼電器故障隔離開(kāi)關(guān)1～2FJK 處于隔離位，機(jī)車預(yù)備已完成，乘務(wù)員很有可能在誤以為已經(jīng)啟動(dòng)制動(dòng)風(fēng)機(jī)而實(shí)際并沒(méi)有開(kāi)啟制動(dòng)風(fēng)機(jī)的情況下實(shí)施電阻制動(dòng)，最后造成制動(dòng)電阻因無(wú)強(qiáng)迫風(fēng)冷導(dǎo)致過(guò)熱燒損。SS3-4534 電阻制動(dòng)裝置故障機(jī)車高壓試驗(yàn)電阻制動(dòng)勵(lì)磁電流試驗(yàn)：將換向手柄SKX 置于“制”位，操作調(diào)速手柄SKT 離開(kāi)“0”位，信號(hào)指示燈“制動(dòng)”顯示，勵(lì)磁電流表指針上升，勵(lì)磁電流緩緩增大。調(diào)速手柄在制動(dòng)區(qū)固定某位置，保持某勵(lì)磁電流，斷開(kāi)制動(dòng)風(fēng)機(jī)按鍵開(kāi)關(guān)，勵(lì)磁電流應(yīng)降為“0”，而實(shí)際情況卻是保持了勵(lì)磁電流。落修的SS3-4534 機(jī)車制動(dòng)電阻柜電阻單元全部明顯過(guò)熱癥狀，部分電阻帶熔化，框架嚴(yán)重變形，電阻柜面板油漆的顏色由于過(guò)熱變成了磚褐色與之應(yīng)證。

2）電阻段6 個(gè)元件電阻分配不均引起的電阻元件過(guò)熱燒損。機(jī)車在實(shí)施電阻制動(dòng)時(shí)，線路坡度越長(zhǎng)大、牽引噸位越高，電阻制動(dòng)使用的時(shí)間就越長(zhǎng)、制動(dòng)電流就越大?！渡厣?B型電力機(jī)車大修規(guī)程》對(duì)制動(dòng)電阻要求如下：電阻器的技術(shù)參數(shù)須符合表1的規(guī)定。

表1 電阻值

表2 是某一SS3BA 節(jié)機(jī)車制動(dòng)電阻柜檢修的記 錄數(shù)據(jù)。

表2 某一SS3BA節(jié)機(jī)車制動(dòng)電阻柜檢修的記錄表 單位：Ω

從表2 可知，各電阻段的阻值都符合3.22×(1±4%)Ω要求，而各電阻元件的阻值大小各異、不均勻。在施行電阻制動(dòng)時(shí)，SS3B 固定重聯(lián)機(jī)車微機(jī)控制柜最大制動(dòng)電流限制為420 A（流過(guò)電阻段的的電流）。制動(dòng)電流一定時(shí)，假定制動(dòng)電流為400 A，根據(jù)歐姆定律、電制熱功率P=I2 R 得知，當(dāng)流過(guò)發(fā)熱體的電流一定，電阻熱功率與電阻成正比。以27#電阻段為例進(jìn)行計(jì)算，2、4 電阻元件電熱功率之差ΔP為：

第2電阻元件電制熱功率

P2=I2R2=4002×0.477=76320（W）

第4電阻元件電制熱功率

P4=I2R4=4002×0.593=94880（W）

ΔP=I2（R4-R2）=18560（W）

也就是說(shuō)，第2與第4電阻元件電熱功率相差接近10個(gè)2000W 的電爐，如果冷卻條件稍欠、風(fēng)阻大，在長(zhǎng)、大坡道施行電阻制動(dòng)的話，就會(huì)率先燒損第4電阻元件，進(jìn)而拉弧燒損3、5電阻元件，甚至整個(gè)制動(dòng)電阻柜。

3.2 引出線焊接部位燒損電阻帶銅排引出母線因機(jī)車振動(dòng)，電阻片出現(xiàn)裂紋，裂紋后電阻片的截面積減少；引出銅母線銹蝕、發(fā)熱氧化，使得引出線焊接部接觸電阻迅速增大，這樣一來(lái)，在流過(guò)較大制動(dòng)電流時(shí)，常在引出母線焊接處出現(xiàn)過(guò)熱燒損故障。

3.3 制動(dòng)電阻檢修組裝過(guò)程中存在問(wèn)題有些電阻元中固定電阻帶的瓷夾之間未嚴(yán)格按照要求加裝石棉墊或不正確加裝石棉墊，組裝完后瓷夾之間有縫隙；電阻元件存在兩兩上下對(duì)應(yīng)固定瓷夾未夾緊電阻帶，固定不到位的現(xiàn)象。這兩種情況在機(jī)車運(yùn)行過(guò)程中制動(dòng)電阻發(fā)熱時(shí)都容易造成電阻帶竄動(dòng)，引起段間電阻帶之間短路燒損。

另外，制動(dòng)電阻柜的散熱跟司機(jī)在機(jī)車實(shí)施電阻制動(dòng)時(shí)的操作也有很大關(guān)聯(lián)。正確的操作應(yīng)是先將換向手柄SKX、調(diào)速手柄SKT 置于“0”位，再適當(dāng)延長(zhǎng)制動(dòng)風(fēng)機(jī)工作時(shí)間以便制動(dòng)電阻充分散熱。

4 預(yù)防措施

4.1 改進(jìn)機(jī)車制動(dòng)風(fēng)機(jī)的控制電路避免操作過(guò)程中未啟動(dòng)制動(dòng)風(fēng)機(jī)，就可以進(jìn)行電阻制動(dòng)的情況。具體方案是將I、II低壓柜制動(dòng)風(fēng)機(jī)接觸器的常開(kāi)聯(lián)鎖串聯(lián)接入風(fēng)機(jī)風(fēng)壓保護(hù)電路，電路原理如圖（三）所示。

圖3 風(fēng)機(jī)風(fēng)壓保護(hù)電路原理圖

虛線框的1ZFD、2ZFD 聯(lián)鎖為加裝聯(lián)鎖，機(jī)車大修時(shí)加改的電路。同時(shí)要求司機(jī)在實(shí)施電阻制動(dòng)結(jié)束、調(diào)速手柄SKT回“0”位后適當(dāng)延長(zhǎng)制動(dòng)風(fēng)機(jī)的關(guān)閉時(shí)間，以利于制動(dòng)電阻更好地散熱。

4.2 電阻段6 個(gè)電阻元件電阻值選配均勻?qū)﹄娮柙柚底龀鲆?guī)定，電阻元件規(guī)格和阻值應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)：每個(gè)電阻元件的阻值(20℃) 0.537×(1±5%)Ω,即0.510—0.564Ω之間，不能無(wú)限制放寬的使用。

4.3 重新做搪錫處理電阻帶銅排引出母線在機(jī)車檢修時(shí)，銅排引出母線處洗凈后重新做搪錫處理，同時(shí)對(duì)電阻帶進(jìn)行技改?？捎脷寤『负附友a(bǔ)強(qiáng)，焊條為電阻帶本體合金Cr20Ni35 材料，補(bǔ)強(qiáng)材料使用一塊厚度：0.5mm，長(zhǎng)：200mm，寬：65mm 的不銹鋼鋼片。技術(shù)改造步驟：

圖1 原電阻帶

圖2 將不銹鋼片先點(diǎn)焊在電阻帶引出線上

圖3 點(diǎn)焊完畢在上下邊緣滿焊

圖4 焊修完效果

圖5 將電阻帶組裝到電阻盤內(nèi)

4.4 嚴(yán)格按照工藝修車組裝中按要求在固定瓷夾間加裝石棉墊，石棉墊須完整地同瓷夾一起穿在支板方鋼上。盡量調(diào)小支板上對(duì)應(yīng)兩方軸之間的固定距離，即讓瓷夾卡槽上端面緊貼電阻帶上端面，并保持方鋼無(wú)彎曲，以保證瓷夾固定緊電阻帶。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜合分析可以得出如下基本結(jié)論，要保證SS3型電力機(jī)車制動(dòng)電阻正常使用，必須做到：

1）檢修后的制動(dòng)電阻達(dá)到運(yùn)用質(zhì)量要求。

2）機(jī)車運(yùn)用時(shí)應(yīng)當(dāng)保持車體通風(fēng)良好。

3）司機(jī)在機(jī)車運(yùn)用過(guò)程實(shí)施電阻制動(dòng)時(shí)必須按規(guī)章要求正確操作。

希望本文所提防止SS3 型電力機(jī)車制動(dòng)電阻燒損的建議能對(duì)相關(guān)檢修單位和同行起到參考和借鑒作用