HXD2型机车车顶放电的原因分析及解决方案

王 昊

（大秦铁路股份有限公司 湖东电力机务段，山西大同037005）

HXD2型机车车顶放电的原因分析及解决方案

王 昊

（大秦铁路股份有限公司 湖东电力机务段，山西大同037005）

针对HXD2机车进入五寨专用线进行装车作业以来频繁发生车顶放电现象，做了现场测试，找出故障原因，并制定了相应的解决方案，实际运行中取得了较好的效果。对改进机车的谐波特性提出建议。

HXD2；车顶放电；原因分析；解决方案

HXD2型电力机车自2012年开始延伸交路至五寨、岢岚一带。自大量HXD2机车进入五寨专用线进行装车作业以来，五寨站频繁发生HXD2型机车车顶放电故障，特别是2012年1月以来HXD2机车在五寨站大面积爆发车顶放电问题，严重影响运输秩序和机车运用安全。为减少此类机车故障，湖东电力机务段技术人员在2012年4月份在五寨进行实地检测，并进行了研究分析。

1 试验

1.1 测量方式及试验介绍

为了准确测量网压，选择在高压电压互感器次边引线接入示波器进行检测，记录测量数据。图1是HXD2机车高压部分电路：

图1 HXD2机车高压电路

在高压电压互感器TF1－PP次边900或901线挂接示波器进行数据记录，HXD2机车高压电压互感器变比250∶1，原边电压25 k V时对应次边电压100 V。通过测量次边电压峰值有效值换算可以得到原边实际电压，也就是接触网网压。

HXD2机车采用瑞士ABB公司的LOT 6450牵引变压器，牵引变压器额定电压25 k V，额定电流258 A，标称容量6 450 k VA。由于五寨站地处山区，五寨站周围专用线使用与五寨站同一个供电臂，所有五寨站周围机车均处在同一供电臂中。

试验利用3台HXD2机车、1台HXD1机车、2台SS4机车在五寨站供电臂下进行。

1.2 典型测试波形

（1）1台HXD2运行（见图2）

图2 1台HXD2机车运行时的波形轮廓（100 V/25 k V）

最高网压30 k V、持续时间2 min、谐波含量主要分布在19次、21次左右。

（2）HXD2和SS4各一台运行（见图3）

图3 HXD2和SS4各1台机车运行时的波形轮廓（100 V/25 k V）

最高网压28.5 k V、持续时间2 min、谐波含量主要分布在19次、21次左右。

（3）两台HXD2机车运行（见图4）

图4 2台HXD2机车运行时的波形轮廓（100 V/25 k V）

最高网压56.5 k V、持续时间2 min、谐波含量主要分布在19次、21次、23次、25次左右。

（4）HXD1、HXD2和SS4各1台运行（见图5）

图5 HXD1、HXD2和SS4各1台机车运行时的波形轮廓图

最高网压28.2 k V、持续时间2 min、谐波含量主要分布在21次左右。

（5）HXD1和SS4各1台、HXD2机车2台运行（见图6）

图6 HXD1和SS4各1台、HXD2机车2台运行时的波形轮廓图

最高网压30.1 k V、持续时间2 min、谐波含量主要分布在21次左右。

（6）HXD1 1台、HXD2机车两台运行（见图7）

图7 HXD1 1台、HXD2机车2台运行时的波形轮廓图

最高网压59.2 k V、持续时间2 min、谐波含量主要分布在19次、21次、23次、25次左右。

（7）3台HXD2机车、1台HXD1机车、2台SS4机车运行（见图8）

图8 3台HXD2机车、1台HXD1机车、2台SS4机车时波形轮廓图

最高网压32.2 k V、持续时间2 min、谐波含量主要分布在19次、21次左右。

2 原因分析

（1）变电所供电臂下牵引网电压异常现象描述

问题的主要现象为牵引网电压出现异常，机车显示电压经常超过32 k V，而采用测试仪器甚至捕捉到60 k V以上的高压。导致的后果就是HXD1机车经常牵引封锁（可以重新复位启动），或者HXD2机车的放电间隙放电（必须回库检修后方可重新使用）。此类现象在2012年从未出现过。

（2）确定变电所近期情况

经了解，牵引变电所中所有设备没有任何变动，牵引供电网去年曾经改动过其中一处的过分相位置，但变动后也没有出现这一故障现象。唯一的变化在于由于年度运量增加，五寨区段的机车密度比去年要稍有增加。

（3）确定原因

经统计，HXD1出现牵引封锁40起，HXD2出现放电间隙放电故障21起，HXD1故障率高于HXD2。其根本原因在于HXD1采用高网压软件判断（门槛为32 k V），而HXD2采用放电间隙硬件响应（门槛高于55 k V），同一牵引网下，很自然HXD1检测到网压异常的概率要远高于HXD2型。

考虑到京沪线曾经发生过的高频振荡现象，分析五寨区段的现象同样是由于牵引网高次谐波振荡所致，牵引网电压基波并没有发生异常，只是由于高频分量的叠加导致了网压抬升到不正常范围［2］。

此外2011年原铁道部组织的交流机车谐波测试工作曾在湖东机务段针对HXD2做过测试，结果表明HXD2机车在空载轻载工况下的谐波特性稍差。

据频谱分析，高次谐波丰富，主要频带集中在19次、21次、23次、25次等频率段，其中21次最大。同一供电臂下只有一台HXD2型机车时，牵引网电压受机车牵引电流谐波的影响，已经包含较高的谐波分量，但谐波与机车叠加后的幅值尚不足以导致恶劣后果，系统能正常工作。当同一供电臂下有2台HXD2机车时，牵引网电压谐波进一步恶化，就有可能导致机车由于牵引网电压异常而牵引封锁（HXD1）或放电间隙放电（HXD2），影响正常运输秩序。当同一供电臂下存在SS4G直流机车升弓运行时，由于RC滤波支路的存在，谐波在一定的程度上被滤除，牵引网电压谐波分量减少，这时系统又表现为正常工作状态。因此牵引网高次谐波振荡是导致车顶频繁放电的故障原因。

3 应对建议

3.1 临时应对措施

（1）改变五寨机车运用规律

改用HXD1机车承担五寨运输任务。HXD2机车空载、轻载工况下谐波特性正好与五寨牵引网谐振频率带吻合，而HXD1机车的风险要小很多。

改变HXD2机车操作习惯。HXD2机车升弓闭合主断后，车载四象限变流器即处于空载轻载工况，谐波特性欠佳。因此当HXD2机车一旦升弓，就应加速行驶，尽可能减少HXD2机车轻载运行的时间。

（2）改变五寨区段机车配置现状

考虑到直流机车RC支路对高频信号具有的滤波功能，建议在故障供电臂下人为固定配置一台SS4直流机车并升弓运行（可以固定在某一地点无需移动）。

3.2 根本解决措施

优化HXD2机车谐波特性。通过修改HXD2机车的网侧变流器控制策略，减少19～25次谐波分量，或者改变高次谐波分布区段，减少高频谐振概率。

在牵引供电网下添加无源高通滤波器。通过滤波器滤除19～25次的高频谐波，消除牵引网的谐振现象。该方法的优点是成本适中，但主要的问题是无源滤波器必然导致某个频段的低次谐波被放大，存在低频振荡的风险。

在牵引供电网中添加有源滤波器＋无源滤波器的综合治理装置。高次谐波还是由无源滤波器来消除［1］，而可能的低频放大以及无功分量则由有源滤波器来处理，从而实现全频段的谐波治理。该方案的主要制约在于有源滤波器成本较贵，实现周期也稍长。

4 应用情况

鉴于实际情况，目前临时采取的是在五寨站停放两台SS4机车担当调车任务，同时担负吸收HXD2机车产生的高次谐波任务。为了避免SS4机车换端作业时断电降弓期间不能对电网高次谐波进行滤波，湖东机务段制定了五寨站换端联控制度，即在SS4机车换端作业时联控车站，由车站通知在站内的HXD2机车暂时断电降弓，待SS4机车完成换端作业后再升弓合闸。自严格落实该措施以来，在五寨站再没有出现HXD2机车发生车顶放电故障，效果良好。

［1］ 丰战凯.电气化铁路过电压产生的原因及对策［J］.西铁科技，2007，（2）：14-18.

［2］ 谢广润.过电压保护［M］.北京：电力工业出版社，1980.

Cause Analysis of HXD2 Locomotive High-Voltage Discharge and its Countermeasures

WANG Hao
（Hudong Electric Locomotive Depot，Daqin Railway Co.，Ltd.，Datong 037005 Shanxi，China）

High-voltage discharge frequently happened in HXD2 locomotives since going into the WuZhai station.This paper has found out the cause，formulated the appropriate solution after site testing，which has achieved good results.Some suggestion is also proposed to improve locomotive harmonic characteristics.

HXD2；high-voltage discharge；cause analysis；solution

U264

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2014.04.29

1008－7842（2014）04－0123－03

�）男，工程师（

2013－11－18）