SS7电力机车再生制动的运用分析.doc

SS7电力机车再生制动的运用分析1996年,南宁铁路局(原柳州铁路局)开始在南昆线配属前大同机车厂专为山区铁路设计的SS7机车70台,机车功率4 800 kW,该型机车还使用了再生制动和功率因数补偿装置。机车再生制动轮周制动功率4 000 kW,可以保证低速时有良好的制动性能,机车运行速度在1045 km/h时,最大制动力为320 kN,具有调速范围广、制动力大的特点,一般可节电6%左右。在使用单位和制造单位的努力下,再生制动的使用基本是成功的,对保证安全,提吨提速,节约能源发挥了重要的作用。在车载功率因素补偿和地面无功功率动态补偿的作用下,用电功率因素达0.9以上。但机车再生制动仍存在一些问题,需要进一步改进完善。1再生制动工作特点再生制动就是将机车制动产生的有功电能通过逆变装置反馈给电网。电制工况时,电动机成为它励发电机,3台电机的串励绕组串联为1组它励绕组。再生制动调节分为3个阶段。1.1调节励磁电流机车在高速区段,为了得到较高的功率因素,维持最大的逆变电压(负值),依靠改变励磁电流来调节制动电流。随着机车速度的下降自动增加励磁电流,直到最大值250 A。在速度80km/h以上时,励磁电流与电机电流的比值为0.14。1.2调节逆变电压在励磁电流大于250 A时,维持励磁电流不变,调节晶闸管开通的控制角,改变逆变电压,维持制动电流不变,直到逆变电压为零。1.3加馈制动低于18 km/h的速度区域,逆变电压为零,不能维持制动电流750 A时,改变逆变电压的极性,此时变流器成为整流器工况运行,整流电压和电机电势叠加,维持制动电流不变。速度为零时停止加馈制动1。2运用中出现的问题2.1对电网的影响国家标准GB/T 14549-93电能质量公用电网谐波规定:110 kV电力系统公共连接点正常电压总谐波畸变率THDU的95%概率大值不得超过2.0%,其中,各奇次谐波电压含量不得超过1.6%;各偶次谐波电压含量不得超过0.8%。国家标准化指导性技术文件GB/Z 17625.4-2000电磁兼容限值中、高压电力系统中畸变负荷发射限值的评估规定:110 kV电力系统公共连接点正常电压总谐波畸变率THDU的95%概率大值不得超过3.0%,“极短时(3 s)”最大值不得超过6%。西南交通大学电气工程学院电能质量测控中心,于2002年1月10日至17日对南昆电气化铁道牵引变电所进行了电铁谐波专项测试,测试报告作出了评价意见。2.1.1对南宁电网内变电所谐波状况评价南宁电网内辖有平果、那桐、沙井牵引变电所,主变均采用不等容高过载低阻抗YN,d11牵引变压器,容量分别为212.5 MVA、212.5 MVA和216 MVA,各所每臂并联电容器容量在1 2002 000 kvar之间。对牵第14卷第1期2008年1月Vol.14 No.1January.2008铁道运营技术Railway Operation Technology39第14卷第1期2008年1月Vol.14 No.1January.2008铁道运营技术Railway Operation Technology引变电所110 kV母线电压总谐波畸变率测试结论:处于南宁电网内的平果、那桐、沙井3个牵引变电所在测试期间,110 kV母线侧A、B、C三相谐波电压均无超过国家标准GB/T 14549-93电能质量公用电网谐波规定的限制值。2.1.2对百色电网内变电所谐波状况评价在百色电网内辖有的田东、百色、田林、平林等4个牵引变电所,主变均采用不等容高过载低阻抗YN,d11牵引变压器,容量分别为216 MVA、225 MVA、225MVA和225 MVA,各所每臂并联电容器容量在2 0004 800 kvar之间。对牵引变电所110 kV母线电压总谐波畸变率测试结论:不论按GB/T 14549-93还是按GB/Z 17625.4-2000评价,处于百色电网内的田东、百色、田林、平林等4个牵引变电所在测试期间,110 kV母线侧A、B、C各相电压总谐波畸变率均较严重地超出国家标准规定的限制值。2.1.3结论分析南昆线南宁电网供电的平果、那桐、沙井变电所供电区段的线路坡道最大6,机车牵引工况时向电网取流相对小,制动工况时间短功率小,向电网输送的电量相对小。而百色电网供电的田东、百色、田林、平林变电所供电区段处于长大坡道区段,最大坡道13,因此谐波对电网影响严重超过国家标准。造成这种现象的原因除了与电气化铁道负荷有关外,还与电网容量有关,百色地区电网由广西电网的一部分及地方小水电、小火电厂联合供电,其容量相对较小。区段机车牵引工况时向电网取流大,制动工况时时间长、功率高,向电网输送电量大2。2.2对机车运用的不利影响2.2.1运行中电流波动根据专业技术人员添乘情况纪录,2005年2月2日3日,威舍开往南宁的2060次旅客列车,由SS7型0103号机车牵引。发车时有小雨,钢轨面较为潮湿,机车牵引给流正常稳定,车列运行平稳,速度上升后在下坡道使用电制,两架制动电流平衡、稳定。在冗百沙厂坪石头寨区间,电制电流450600 A时出现了波动,区间线路状况为613连续下坡,机车速度在7585 km/h。电流波动时发生2次卸载现象,制动电流表指针上窜后降至零位,显示屏显示“2架电机”,有4次电流波动后不卸载,显示“1架电机”、“2架电机”、“次边短路”等,随后制动电流恢复平稳。制动电流波动时机车有或轻或重的前窜现象,偶尔会有显示屏“空转”故障灯闪亮的情况。在沙厂坪石头寨区间还观察到1次机车手柄置于零位,机车已在下坡道上运行了一段距离,突然机车明显前冲的现象,当时线路直线,坡度3,机车速度82 km/h,有电流波动的情况。上述电流波动的原因经分析,电制设的过载保护,当励磁电流达359(10.05)A,电机电枢电流达1 250(10.05)A,电子柜封锁励磁晶闸管脉冲,跳励磁接触器进行过载保护,但不跳主断(这点与牵引工况不同)。产生电流波动的原因:一是电制励磁控制环节失控,造成电制电流波动;二是机车轮对滑行时轮对转速下降,励磁电流增加,当增加到保护值时电制卸载,此时机车将产生前冲,轮对转速相应增加很快,监控装置判断为“空转”,而实际上未空转。根据铁道部制定的监控装置运用有关技术标准规定:当机车轮对转速上升加速度达到3.6 km/h/s时,监控装置判断为“空转”,并以记录。当轮对转速下降加速度达到7.2 km/h/s时,监控装置判断为轮对滑行,并以记录。滑行严重时,控制环节增加励磁电流,甚至实施加馈制动,制动电流将进一步增加,此时由于制动电流很大出现“次边短路”灯闪亮。出现“空转”“次边短路”灯闪亮的现象,实际上是电制卸载和电制过载的过程,这反映出控制环节不可靠性造成的问题。2.2.2对电机的不利影响由于控制环节的不可靠,造成电机处于高转速高电流下工作造成换向器环火。轮对的滑行使控制环节失控,电机电流上下波动造成电机换向恶劣环火。2006年南宁机务段SS7机车牵引电机落修率每10万km 0.39件。经分析54%是因电机环火造成,这其中也有因牵引工况下空转及其它因素造成。2.2.3对变流装置的不利影响统计20022006年南宁机务段SS7机车变流装置晶闸管烧损发生了33件,其中在百色电网供电区段发生了30件(在电制动工况发生10件),在南宁电网供电的区段发生了3件。数据在一定程度上说明了谐波对变流装置工作可靠性的影响。2.2.4对轮对的不利影响SS7机车的空气制动力最大一般不超过180 kN,而电制力最大为320 kN,如果电制控制环节不良或操纵不当,造成电制力过大,导致机车轮对滑动而使轮对踏面磨耗加快。据统40SS7电力机车再生制动的运用分析计,2006年南宁机务段SS7机车轮对踏面磨耗平均每10万km为3 mm,个别轮对踏面磨耗最大达到了4 mm(也有牵引工况下轮对蠕滑和空转造成的因素),一般一个中修期内因踏面到限旋轮2次,在旋轮时发现轮对失园较严重。轮对失园,将造成机车走行部运行振动,使相关部件如齿轮箱、油压减振器等部件过早损坏。南宁机务段2006年SS7机车因齿轮箱裂漏油落修达150台次。特别值得关注的是如果轮对发生严重的滑行将使轮箍温度升高。如果轮箍装配过盈量不足,将发生轮箍弛缓,对行车安全造成威胁。例如:2007年4月23日南宁机务段SS7机车0037号发生右5轮箍驰缓,从机车运行监控记录看,该车在电制状态发生滑行和“空转”较多。分析认为该电制控制环节存在不良,造成电制的电流上下波动,电制时电流过大卸载,卸载后又往复加载。在机车运行监控纪录上出现“空转”即为电制卸载机车速度徒增,运行监控纪录装置判定为“空转”(实际未空转)。滑行即为制动力过大,轮对在转动时同时有滑行,使轮对转速下降很快,运行监控纪录装置判定为滑行。3建议3.1开发电制技术状态诊断软件机车提吨使轮对踏面非正常磨耗问题日显突出。滑行严重的轮对呈多边形状,对行车安全造成威胁,其中有相当部分是电制工况下滑行造成,而司机往往对轮对滑行的故障忽视不报修,使机车带病运行。因此,加强电制系统的检查是非常必要的,这项工作可利用监控记录已有的数据,开发一个专家分析判断软件,对数据进行分析,从而判断电制系统技术状态。软件统计某机车在运行中轮对发生滑行次数、滑行时间、滑行时的工况,从而判断电制系统存在故障的严重程度,是否需要修理。这项工作可在监控数据分析时一并完成。3.2加强有关人员培训提高检修人员对电制系统故障判断及处理能力;培训乘务员正确使用电制和电制不正常情况的判断能力,及时报修不良状态。3.3加强电制功率的检查电制功率过大将造成轮对滑行。目前的检修范围及相关的检修工艺中没有电制功率检查范围及相应的检修工艺,应予以完善。3.4加强电制保护功能的检验在电空联合制动时,当机车制动缸压力达到1.5 kg时,有电制卸载和励磁电流过流的保护和电机制动电流过流保护等功能。这些保护功能的检验应在各种修程检修范围中重点保证,在机车检修交验时认真确认。3.5完善电制工作性能增加电制工况下轮对滑行控制环节,即当轮对滑行时,控制环节通过对轮子转速下降率判断轮对滑行状态,根据状态送出控制信号,控制环节及时降低电制电流,防止轮对滑行。3.6用好功补装置用好车载功率因素补偿装置和地面动态补偿装置,可显著减少谐波对电网的影响,并有显著的节能效果。3.7积极采用新技术我国近年引进的