HXD1型电力机车牵引控制电源板启动时序优化
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摘 要：HXD1型电力机车是一种8轴双节重联重载交流传动的电力机车，该车型是在先进的大功率交流机车技术平台上，并充分考虑到货运专线的特殊环境，采纳了成熟、可靠的技术设计开发的一款适用于中国干线铁路重载货运的新型大功率交流传动电力机车;重载货物运输代表了铁路货物运输领域的先进生产力，已成为国家衡量经济发展的关键指标之一。HXD1型电力机车采用系统化、模块化、高可靠性的设计理念，保证电力机车的动态系统能够平稳高效运行。但由于电力机车运行环境恶劣，受温差、海拔风沙等因素的影响，在实际运行过程中，该车型出现故障的频次较高，尤其是牵引变流模块;文章针对HXD1型电力机车牵引控制电源板故障进行了研究和分析，首先对问题进行了描述，而后对问题成因进行了探讨，接着对启动电路进行调整和优化，经过验证取得较明显成效。
关键词：电力机车;牵引变流器;起动顺序;优化
中图分类号：U269.6 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）13-0142-02
Abstract： HXD1 electric locomotive is a kind of 8-axle double-section heavy-duty AC drive electric locomotive. The model is based on the advanced high-power AC locomotive technology platform and fully takes into account the special environment of freight dedicated line. A new type of high power AC drive electric locomotive suitable for heavy haul freight of China trunk railway has been designed and developed by adopting mature and reliable technology. Heavy haul freight transportation represents the advanced productivity in the field of railway freight transportation. It has become one of the key indicators to measure the economic development of the country. HXD1 electric locomotive adopts the design concept of systematization， modularization and high reliability to ensure the smooth and efficient operation of the dynamic system of electric locomotive. However， due to the bad operating environment of electric locomotive， affected by temperature difference， altitude wind and sand and other factors， in the actual operation process， the frequency of failure of the model is high， especially the traction converter module; In this paper， the fault of traction control power supply board of HXD1 electric locomotive is studied and analyzed. Firstly， the problem is described， then the cause of the problem is discussed， and the starting circuit is adjusted and optimized. It has been proved to have achieved remarkable results.
Keywords： electric locomotive; traction converter; starting sequence; optimization
1 問题概述
当前HXD1型电力机车广泛运用于大秦货运专线，各货运的铁路干线，能够有效缓解我国现阶段的铁路货运运输压力，对于电力机车的设计而言，是以系统化、模块化、标准化的设计理念，而HXD1型电力机车整车最大的牵引功率为9600kW，最高运营速度达到12km/h;HXD1型电力机车采用的异步牵引电机有两种型号，本文以国产电机JD160型异步牵引电机为例进行介绍。而牵引变流器（TCU）控制主变压器和牵引电动机之间的能量传输，进而控制牵引电动机以获得期望的转矩和转速。
通过对机车牵引变流器的实验发现，牵引控制单位在通电后的维护接口电路板指示灯存在异常情况。而后针对此异常情况，在现场展开了相关试验，最终对异常原因进行确定：不同厂家生产的电源板进行混装。
2 成因分析
对于TCU的硬件设计而言，当外部供电电源DC 110V通电后，指示灯状态先由ALNU供电的TCU内部CPU板卡复位一次，而后根据ALCA（H）供电功率模块脉冲驱动板反馈信号，来对指示灯的正常或异常进行判定，结果为+15V则表示正常，结果为0V则表示异常，存在故障。按照这个实验逻辑，ALCA要比ALNU提前进行启动，才不会出现CPU板卡复位从而指示灯异常的情况。正常状态，通电后ALCA（H）供电给脉冲驱动板，与此同时，脉冲驱动板将+15V的脉冲结果进行反馈;而后，ALNU供电的CPU对各个指示灯的状态进行恢复，此时因为+15V的脉冲结果反馈已经出现，因此复位后指示灯不会再出现相应的异常情况。异常状态，上述提到ALNU的启动时间要高于ALCA，通电后CPU对指示灯状态进行了恢复，而以此同时，ALCA（H）供电的脉冲驱动板最后的结果反馈还是低电平，+15V高电平脉冲未得到返回，此低电平信号对正常指示灯（绿灯）进行直接驱动，正常指示灯被熄灭，同时该异常状态被锁死。为了保证设计的安全性，而后+15V脉冲结果得到了返回，如果不对软件进行复位，指示灯的状态就不会发生任何变化，从而出现指示灯异常的情况。 对上述内容完成相应的分析，可以得出这种现象的成因就是因为ALNU及ALCA（H）启动时序存在差异。所以笔者认为，ALNU的启动时间需要高于ALCA（H）的启动时间，这样就可以有效保证指示灯正常运行。
3 优化方案
对于正常运行而言，在外部输入进行通电后，M7中的2也进行通电，同时U2进行导通，M1PC、M2PC、M3PC三者的电位持续被降低，这时模块没有任何输出。在M7中的2电位被拉低后，转变为低电平，U2闭合，M1PC、M2PC、M3PC三者转变为高电平，这时模块可以进行正常稳定的输出。
在外部输入电源进行通电后，C1利用R16进行充电，在C1两边的电压比ZD1高的同时，ZD1进行导通，如此一来Q2也进行导通，而J1中的3电压被一定程度上降低。为获取具体的整改数据信息，结合A厂家电源板相关的技术参数进行了相应的测量工作，具体表现为ALNU及ALCA的启动时长，与此同时，针对B厂家电源板在启动时长方面进行了相应的调整和优化。
对于以上内容进行分析后，笔者制定和实施了相应的调整和优化方案：要使得Q2导通时间适当得到延长，就要将C1电容受承受的电压在提高时间上变缓，而C1电容是利用R16完成充电，那就要对R16的阻值进行相应的改变，将22kΩ转变为100kΩ，在启动时间上从原有的220ms变化为570ms。本次的调整和优化方案在安全性上存在保障，且具备一定的合理性和可行性，未对牵引控制单位的其他相关功能造成影响。
4 验证工作
4.1 验证方法
在实验结束后，要对以上的数据参数进行合理的验证，针对相应的验证计划，本文提出了以下几点：找出原有存在故障的相应机箱，将指示灯异常的现象在其中进行复现，对电源启动时序完成相关测试，从而合理验证上述的参数分析等方面。在这个存在故障的机箱中，把ALNU进行更换，换为调整优化后的ALNU，而后进行细致观察，观察内容主要包括通电后指示灯是否正常，接着对电源启动时序进行相应测试，最后针对变流柜高压进行相应测试，以此来对调整优化方案进行验证，看其是否具备有效性。对于A、B厂家生产的电源板，进行相关组合，得到四种组合形式，对通电后指示灯的状态进行细致观察，同时对电源启动时序进行测试，以此来对调整优化方案进行验证，看其是否具备可靠性。
4.2 最终验证结果
按照上述验证方法，进行相关的验证工作，通过相应的测试可以得出，以上验证计划全部得到有效满足，这也就极大程度上证明了本次调整优化方案的可行性和有效性。
4.3 验证结果分析
結合最终的实验结果，最初的指示灯状态异常问题找到了最根本的成因，就是因为ALNU启动时间相比ALCA较低。在这一基础上，研究发现ALNU的启动时间若是高于ALCA的话，出现的问题就能够得到解决。通过本次试验的相关数据可以了解到，因为A厂家生产的电源板在单机和系统测试中所表现出来的差异较大，就造成了依照50%裕度设定的限制数值变得较小，A厂家生产的电源板ALCA的启动时间最大值不超过700ms，为了日后在混合使用上不在出现此类异常，将B厂家生产的ALNU电源板的启动时间限制在850±100ms，ALCA电源板启动时间限制为200±100ms。在此情况的基础上，增加裕度对测试进行相应调整，为了给启动时序提供充足的余量，根据上述的启动时间限制，对ALNU内的R16在阻值上进行调整和设定，从之前的100kΩ调整为180kΩ，而后对上电时序依照上述试验方法重新进行测试，最终测得的试验数据为790ms，而限制时间的数值为850±100ms，因此，满足限制值，且牵引控制单位一切功能均为正常，可以平稳有效进行相关工作。
5 结束语
综上所述，本文先对指示灯异常问题进行了描述，而后针对问题对异常出现的原因进行了探讨，而后在具体的调整和优化试验中，对ALNU充电电阻R16进行了相应调整，最终的试验效果较为明显，未对牵引控制单位其他方面的功能产生不必要的影响。通过本次的研究和分析，笔者认为在电源板采购方面，需要对相关厂家做出明确规范，保证电源板启动时间可以满足相关要求，与此同时，电源板厂家应该进行和完善相关的启动时序测试和研究。为了能够有效避免此类问题的再次出现，在牵引控制单位的相关测试中要重点关注电源启动时序这一项。在对电源板进行收货验收时，还应该通过合理的抽样检测方法对产品进行相关检测，以保证此类问题不再出现。
参考文献：
[1]张一任.HXD1型电力机车牵引电机的主要故障仿真及分析[D].华东交通大学，2017.
[2]马中云，郭鹏飞，王海棋.HXD1型电力机车电机隔离故障技术分析与研究[J].铁道机车与动车，2016（9）：43-44.
[3]彭少泽.基于HXD1型电力机车操作过电压分析及抑制研究[D].西南交通大学，2016.
[4]关广科.HXD1型电力机车牵引电机后防护盖螺栓窜出故障分析[J].太原铁道科技，2012（4）：16-19.
[5]藏锐锋，王志强，刘帆.HXD1型电力机车牵引通风机异音分析及改进探讨[J].太原铁道科技，2011（3）：10-13.
[6]张曙光.HXD1型电力机车[M].北京中国铁道出版社，2009.
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