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1前言

554改型電力機車用變流裝置是554改型電力機車主要改進的新設計項目之一。它于554型電力機車整流裝置比較，其顯著特點之一就是使用了大功率的整流管和晶閘管，從而減少了橋臂并聯(lián)元件和各種附件，有利干橋臂支路間的均流。但是由于各種原因，在機車運用中因晶閘管和整流管擊穿而引起的整流柜破損問題也日益突出。

2故障統(tǒng)計及測試記錄

據統(tǒng)計，2001年度鄭州北機務段中修的554改電力機車共32臺，檢修過程中發(fā)現整流柜破損的機車17臺，故障率為53.1%。更換晶閘管43個，二極管門112個，熔斷器126個，電容235個，電阻67個。僅此一項需成本40.8303萬元，平均每臺車增加成本1.2759萬元。2001年9月，554型199機車二次中修，其解體前均流測試及故障元件測試記錄如表1、表2。由表中可以看出，476#整流柜其并聯(lián)支路最大增多流系數為0.96，最小為0.67。損壞晶閘管1個，二極管2個，電容4個。小于規(guī)定限度0.85的有三個橋臂(T4、Dl、D3)，不能滿足正常運用的要求。其中D3臂均流系數只有O‘67，兩支路電流差為45OA，使D3一l元件長期承受過大電流，從而使其性能下降，以至燒損。

3原因分析

554改型電力機車整流柜故障的現象有兩種:一種是提手柄跳主斷路器，多為二極管損壞;另一種是運行中跳主斷路器，主斷路器復合不上，多為晶閘管擊穿。

3.1元件散熱器積灰較多

2001年7月，554型304機車區(qū)間運行中整流柜機破，返段后經測試A節(jié)I架整流柜TZ臂晶閘管損壞1個。解體后檢查發(fā)現元件散熱器上積灰較多，尤其是破損元件，散熱器間布滿灰塵和雜物，元件瓷環(huán)有明顯燒痕。按工藝要求更換元件，并清洗整柜后上車運行正常。因此判定元件損壞的原因是由于過熱燒損。554改型電力機車變流裝置使用的硅元件也和其他電氣設備一樣，決定其允許電流大小的是溫度。主晶閘管KP以300一28規(guī)定殼溫70C時額定通態(tài)平均電流為13。。A，ZP*21。。一28主整流管規(guī)定殼溫為90‘C時額定正向平均電流為2100A。但實際上，KP;1300一28晶閘管配上SF35B散熱器在冷卻風速6。/s下長期通過的通態(tài)平均電流只有65OA左右。可見，由于散熱條件的限制，晶閘管通過的通態(tài)平均電流也受到限制。當散熱器的表面被厚厚的灰塵覆蓋時，或通風機的冷卻風速不夠時，都有可能造成元件殼溫較高而燒損，從而造成整流柜故障，影響機車的牽引力。

3.2阻容保護裝置失效

在現場中發(fā)現，阻容保護電路故障也可能引起元件的擊穿。2001年5月，554型332機車中修，整流柜解體后，元件測試中發(fā)現T4臂一晶閘管擊穿，元件散熱器及瓷環(huán)外觀均無異常，但發(fā)現其阻容保護電容膨脹、漏液，經測量其電容值，僅為06拌F，與標稱值(1士10%)產F相差很多，使阻容保護裝置失去了正常的保護作用。因此可以推斷晶閘管當時被擊穿的真實過程:當半導體元件從正向導通過渡到恢復反向阻斷時，產生一個很大的換相過電壓，其數值可達工作電壓峰值的5~6倍，遠遠大于其能承受的正常反向電壓，如果此時在晶閘管兩端并聯(lián)的阻容保護裝置能正常工作，使過電流通過RC支路而續(xù)流，則di/dt可以減少很多，從而抑制過電壓，但恰恰是阻容保護裝置的損壞，使這個過電壓加在已經恢復阻斷特性的元件上(如圖1所示)，使其反向漏電流突然增加，以致?lián)舸?8圖1

3.3均流系數較低，不滿足規(guī)程(不低于0.85)要求

據不完全統(tǒng)計，中修整流柜解體前均流測試中均流系數較低的橋臂，在元件測試中其相應參數都有不同程度的性能下降或損壞。2001年12月，554型376機車二次中修，整流柜解體前均流測試，發(fā)現T6臂T6一1、T6一2電流分別為730A、21OA，均流系數只有0.64。更換T6一2元件后均流系數變化不大，但把T6一1元件拆下后發(fā)現其為另一廠家產品，違反了《韶山4型電力機車段修技術規(guī)程》中規(guī)定“更換元件時，不同廠家的產品不能混裝”的要求，其根本原因在于不同廠家的產品性能參數有可能相差較遠，造成分流不均。按工藝要求更換T6一l元件后，測試兩電流為410A和43OA，均流系數為。.98。檢測換下的T6一1元件，其斷態(tài)重復峰值電流為165mA，己不符合要求。因此猜想T6一1元件有可能是臨修時更換，沒有做均流測試，也沒有考慮是否同一廠家產品。

3.4均流測試與機車實際狀態(tài)的不同

由于現有的均流測試裝置提供的觸發(fā)脈沖只能是TST6、TITZ、T3T4分別開放，均流試驗時不能使整流柜按照三段橋的順序開放，而與機車實際工作狀態(tài)不同。雖然元件測試了反向重復峰值電壓和斷態(tài)重復峰值電壓(晶閘管)，但做均流試驗時，整流柜交流輸人端接低壓大電流變壓器，元件只承受大電流，而沒有承受正向和反向電壓，有可能出現元件軟擊穿的現象。比如:2001年5月，在段中修的554型305機車高壓調試時提手柄跳主斷路器，判斷整流柜故障，但下車后均流測試正常。元件測試時發(fā)現D3一2整流管URRM280OV時，IRRM為15mA;U以M3000V時，IRRM為158mA。由上伏安特性圖可以看出，其在280OV時，IRRM并不超限，但隨著電壓的上升，其漏電流值增加突然加快，瞬間造成元件擊穿。現場更換此元件后正常。0.OZV;更換換相電容器和電阻器時也應測量其標稱值。(3)元件測試反向重復峰值電壓和斷態(tài)重復峰值電壓時，不僅僅測量280oV時的漏電流，還要看其在3o0OV時的曲線，變化過陡時應引起重視。

4建議

從以上分析可以看出，造成554改型電力機車硅整流柜元件損壞的原因是多方面的，我們僅從現場實際出發(fā)，提出以下建議:(1)加強對整流柜及元件散熱器的清洗，特別是在每年的夏季，保證晶閘管在通過大電流時產生的熱量能正常散失。(2)更換元件時，應保證換上元件與換下的元件為同一廠家，管芯壓降相等或相差不大于5今后方向通過現場多年來的實踐可以看出，國內電力機車整流柜采用的硅元件容量還有些過小，怎樣在同等散熱條件下提高其通過的通態(tài)平均電流，還是一個課題。在中國鐵路不斷提速的同時，更要求電力機車向重牽引、高速度上發(fā)展，因此對直流電傳動機車來說，只有研究出大容量、高質量的硅元件，才能保證機車的可靠運行與安全。