第一章 论述
电力机车由牵电动机驱动车轮的机车。电力机车因为所需电能由电气化供电系统的接触网或第三轨供运行中的电力机车给，所以是一种非自带能源的机车。电力机车具有功率大、过载能力强、牵引力大、速度快、整备作业时间短、维修量少、运营费用低、便于实现多机牵引、能采用再生制动以及节约能量等优点。使用电力机车牵引车列，可以提高列车运行速度和承载重量，从而大幅度地提高铁路的运输能力和通过能力。
在2006年“和谐型”系列交流电力机车投产以前，中国铁路普遍缺乏大功率电力机车。随着近年中国经济持续增长，铁路货运需求也随之增加，铁道部有见及此，便需要订购能单机牵引5,000-5500吨货物的大功率机车，以应付货运需求。
大连机车于2001年起就开发大功率交流传动货运电力机车进行研究，由于当时中国缺乏制造IGBT VVVF牵引逆变器等技术，因此大连机车选择与日本东芝合作研制新型机车，并于2002年9月成立合资公司，东芝提供机车的牵引逆变器及控制系统。
这款机车使用了Co-Co六轴，即前後各一三轴转向架、每轴装有一台1,200 kW交流牵引电动机，整车输出功率为7,200 kw。首台原型车编号SSJ3-0001，于2003年年底完成，2004年4月26日由大连厂房驶出，前往北京铁道科学研究院环形线进行试验，试验于7月4日完成，及后这辆机车一直待在环铁至今。
济南铁路局自配属以来，本人开始转型，学习HXD3电力机车，在工作中，对机车运行途中容易发生的一些问题，进行了分析，通过查阅大量专业资料、期刊等，对常见的几个故障进行了分析，并提出改进方法，希望对广大乘务员在工作中对于故障的处理能力能够有所提高。
第二章HxD3型大功率交流传动货运电力机车特点
2.1机车简介及特点
2.1.1总体及设备布置
机车轮周功率7 200 kW，轴重25 t，轴式为Co-Co。，采用交直交电气传动，最高运行速度为120km／h。机车牵引采用恒牵引力、准恒速控制，恒功率调节，电制动为再生制动。采用微机网络控制系统，实现逻辑控制和故障自诊断功能。采用独立牵引通风冷却。基础制动采用轮盘制动，空气制动系统为集成化气路结构，具有电空制动功能。
2.1.2主电路特点
机车采用DSA200型受电弓和真空主断路器。前后受电弓分别设有一个气动隔离开关，当出现弓网故障后，可迅速隔离故障的车顶电路。机车主电路增设了一个检测精度较高的电流互感器，利用其向微机控制系统和电度表提供电流信号。机车采用l 250 kw大转矩三相异步牵引电动机。
牵引变压器绕组分为1个一次侧绕组、6个牵引绕组和2个辅助绕组。每个牵引绕组对应一
个主变流器，主变流器按照转向架划分为2组，即MPUl、MPU2，MPU结构布置见图2。每个主变流器独立地向1台牵引电动机供电。主变流器由冷却液(水与乙二醇的混和物)循环冷却。 主变流器工作可划分为单相整流--中间直流--三相逆变3个环节，电路由工作接触器、充电接触器、充电电阻、四象限整流器、中间直流环节、逆变器和保护电路构成。四象限整流器和逆变器均由IGBT模块构成，中间直流环节中含有容量大的支撑电容。机车再生制动时，逆变器工作在整流状态，整流器工作在逆变状态，将电能回馈电网。
2.1.3辅助电路特点
机车2个辅助变流器APu1、APU2由牵引变压器的2个辅助绕组供电，通过单相整流--中间直流--三相逆变3个环节向辅助三相异步电动机供电。辅助变流器采用风冷技术。辅助电机由空气断路器进行过流保护，辅助变流器输出电路设有LC滤波装置。
辅助变流器APU1采用变压变频(2—380 v／0．2—50 Hz)的方式对6台牵引通风机电机和2台冷却塔风机电机供电。辅助变流器API『2采用恒压恒频(380 v，50 Hz)的方式对2台空压机电机、2台牵引变压器油泵电机、司机室空调、2台主变流器水泵电机和2台辅助变流器风机供电。辅助电源系统有冗余，当任何一组辅助变流器发生故障，另外一组可以通过闭合辅助电路转换接触器，向所有的辅助电机供电，此时辅助变流器工作在恒压恒频状态。 辅助变流器中间直流环节同时向110 V电源模块PSu提供650 V的直流电源。
2.1.4微机控制系统特点
机车控制监视系统，简称TCMs，可以实现以下功能：根据司机指令完成对机车逻辑控制、主变流器及牵引电机控制、辅助变流器控制、牵引特性控制、制动特性控制、定速控制、半自动过分相控制，机车运行状态显示，具备故障保护、显示、记忆，并在一定程度上可以自动排除、切换故障。
定速控制时，当机车实际速度高于目标设定速度2km/h时进行电气制动，低于目标设定速度2 km/h时进行牵引。
TCMS主控单元采用32位CPU，配置上为双机热备冗余。TCMS起主导控制作用，将指令以通信的方式发送给MPU控制单元、APU控制单元、PSU控制单元，并将各种信息送显示屏显示。TcMs同时实现与机车制动系统CCB．II、监控装置LⅪ2000之间的数据通信，
MPu控制单元采用矢量控制方式，实现对牵引电动机转矩的控制，提高粘着利用率和实现空转滑行保护功能。矢量控制能有效地降低谐波和提高功率因数。
2.1.5 空气制动系统特点
机车装有2台螺杆式空气压缩机，当总风缸气压低于825 kPa时靠近操纵端的空压机工作，当总风缸气压低于750 kPa时2个空压机工作，当总风缸气压高于900 kPa时空压机停止工作。空气干燥器为双塔式，一塔干燥，一塔再生，双塔交替进行。干燥器不管季节和环境变化，均能稳定工作，且节约安装空间。
弹簧停车装置代替了以往的手制动机，安装于机车第一、第六轮对，通过作用于所在轮对的基础制动装置，实现充风压缩弹簧缓解、排风制动的功能。基础
制动装置为轮盘制动。
微机控制制动系统CcB．II将26L型制动机和电子空气制动设备兼容，包括制动显示屏、电一空控制单元、集成处理器模块、电子制动阀和继电器接口模块。
CCB—II具有故障诊断和记录功能。
空气防滑系统wSP包括控制单元、速度传感器、防滑电磁阀等3部分，通过控制防滑电磁阀逐渐排放制动缸内压缩空气，消除轮对滑行。轮对滑行结束后，WSP再次实施制动。
技术指标： 传动方式 交直交
轴式 Co-Co
轴重 23+2t
总重 138t（+3%，-1%，23t轴重）
150t（+3%，-1%，25t轴重）
轨距 1435mm
机车前后轴中心距 20846mm
车体底架长度 19630mm
机车宽度 3100mm
机车高度 4100mm （新轮）
机车全轴距 14700mm
转向架固定轴距 2250+2000mm
车轮直径 1250mm（新轮）
1200mm（半磨耗）
1150mm（全磨耗）
受电弓滑板工作范围 5200mm~6500mm
功率因数 （机车发挥10%以上功率时）≥98%
启动牵引力 520kN(23t轴重)
570kN(25t轴重)
最高速度 120km/h
持续功率 7200kW
持续速度 70km/h(23t轴重)
65km/h(25t轴重)
持续牵引力 （半磨耗轮） 370kN(23t轴重)
400kN(25t轴重)
电制动方式-再生制动
电制动功率 7200kW（65km/h或70km/h~120km/h) (23t/25t轴重）
最大电制动力 370kN（65km/h~120km/h）（23t轴重）
400kN（70km/h~120km/h）（25t轴重）
第三章 HXD3型电力机车DCl10V电源装置原理及故障分析
3.1 系统构成及工作原理
HXD3型电力机车DCll0V电源装置由蓄电池充电装置(简称PSU)和蓄电池组构成不间断的110V直流控制电源。PSU充电装置采用DC／DC变换技术，双组电源输入、双路冗余供电设计。输入电源来自辅助逆变器(简称APU)的中间直流750V电压，通过高频隔离变换，向机车提供稳定的DCll0V控制电压，同时与蓄电池并联，作为车载充电器，向蓄电池充电。 机车主控制系统(简称TCMS)控制两套PSU的工作顺序，监视PSU的工作状态，当其中一组故障时，会自动转换到另一组供电。
PSU根据脉宽调制技术控制IGBT元件，将750V直流电压调制为单相脉冲电压，然后经过高频变压器和整流器，最后滤波输出DCll0V电压。充电装置的工作过程为：APU开始工作后，其中间直流回路的电压逐渐上升至750 V，控制电路检测到此电压并维持10 S，先闭合CTT接触器，预充电回路投人工作，中间电容FC两端电压上升，延时3 S后预充电完成。触发晶闸管CHS，装置进入工作状态，输出IGBT门极信号，得到110 V直流电源。APU停止工作后，输入电压下降，当FC两端电压低于620 V时，装置也停止工作。
输出电压控制是双闭环控制系统，电压控制环起主要作用，电流控制环起辅助作用。在恒压阶段，输出电压的反馈值与基准电压比较后，确定一个输出波形至PWM发生器，产生IGBT的门极控制信号；在恒流阶段，过程与恒压阶段类似，只是在电压比较器处多比较了一个“输出电压降低值”的参数，这个值根据限流曲线生成，此时电流控制环的地位比电压控制环高，起主导作用。
3.2故障调查
从2007—4—2008—12机车DCll0 V电源装置共发生170起故障，故障比例(图1)及调查如下。
3.2.1电气线路
电气线路主要是机车控制电气及线路的组装工艺问题，经过后期整修之后基本稳定。
图3-1故障比例
3.2.2 PSU装置
HXD3型电力机车对DCll0 V电源的品质要求非常高，机车控制电源欠压保护值为88 V，不符合国内77V的惯用标准，蓄电池稍有亏电，PSU就会因瞬时充电电流大而保护。
TCMS、CI变流器、PSU等装置耗电量大，对工作电源的要求较高。当电源
3.2.3蓄电池
蓄电池主要是安全阀的设计缺陷，造成部分蓄电池箱体爆裂；另外因机车乘务员使用不当，也经常发生蓄电池过放电的现象。
3.3原因分析
3.3.1蓄电池
蓄电池防爆安全阀的设计缺陷，当电池箱体内工作压力上升时不能正常释压，造成箱体鼓胀裂漏、变形，电池极柱漏液，极板老化加速，电池的容量下降。
蓄电池的状态正常时，PSU的充电电流控制在30 A以下。一旦蓄电池发生过放电，PSU的瞬时充电电流>50 A，充电器工作在限流区，加之机车负载的不稳定变化，IGBT被强制工作在高频调整区，大负荷运行使器件发热量大，致使器件在满载和高温下损坏的频率增加。 机车在机务段内整备后没有及时关闭蓄电池，或长时间使用蓄电池供电检修，蓄电池过放电；机车上线前没有认真检查蓄电池的放电情况，机车在亏电的状态下运行，造成PSU亏电保护；机车运行在区间停电期间长时间使用蓄电池供电，造成电池组过放电。
HXD3机车DCll0V低压保护值88 V。在无网压只使用车内照明的情况下，蓄电池的放电电流大约为17 A，相当于以0．1C的速率放电，大约能维持4 h，并使电压保持在90 V以上。如果加上车外照明(包括头灯、副灯、信号灯)、风扇、PSU、TCMS、2台牵引变流柜CI、CCBⅡ制动机等设备时，放电速率更大，大约2 h就能使电压降至90 V以下，控制系统就会因亏电而瘫痪。此时无论采取何种方法，均不能继续充电，见图2。
启用直流加热设备时，蓄电池放电电流大约为35A，即以0．2C的速度放电，电池在1 h内就会出现过放电的情况。
图3-2 DCll0V电源下降过程对机车牵引的影响
蓄电池过放电后又没有及时进行均衡充电，造成电池的容量下降。
3.3.2 PSU充电装置
3.3.2.1 电源干扰
虽然设计时已经考虑了电磁干扰问题，采取了相应的防护措施，但在现场实际测量发现，系统中还是存在线路干扰。
充电装置的工作环境恶劣，后边是APU滤波柜，左右两侧是牵引风机，以及电线路问的干扰等，这些都是很大的干扰源，影响控制电路和驱动电路的电源品质，造成PSU工作不稳定。
3.3.2.2 温度的影响
HXD3机车PSU引进日本原装RFE081一A0型电源技术，根据日本的使用环境设计、制造的产品，环境温度参数为一40℃～+40℃，各配件自然散热。郑州一武汉间线路有500 km多，实测HXD3机车内温度为一10℃～+70℃，区间及昼夜温差大，致使器件在高温和大温差下损坏的概率增加。
PSU和蓄电池的使用环境和温度有密切关系，HXD3电力机车机械室为全密封正风压设计，夏季环境温度高时，不利于蓄电池和PSU散热。
2007—11—12故障率突升的主要原因是国内区域性大雪，机车辅助加热系统使用较频繁，蓄电池没有及时补充电造成的故障较多。2007—6—8、2008—3—7 PSU故障率均呈上升趋
势，主要原因就是PSU装置的热稳定性差，环境气温升高后，故障率大幅上升。
3.3.2.3 PSU亮红灯
经常有一组亮红灯，另一组能正常工作，有时不能自动转换。机车回段后检查正常。 受蓄电池状态的影响，当机车负载变化时，PSU经常处于临界触发保护状态。
乘务员闭合蓄电池及各装置工作电源的顺序错误，经常造成记录中有亮红灯的故障记录。APU故障后，造成PSU无输入电源亮红灯。
PSU单元故障后亮红灯。TCMS的程序设计缺陷，当一组PSU发生故障时，TCMS没有故障记录。一旦微机重启，显示屏上的警告就会自动消除，无法及时发现问题，当备用组也出现故障时，PSU无法转换。
3.3.2.4 PSU过分相区后工作停止
随车添乘试验，检测750 V输入电压、单元内750V电压、110 V控制电压、CPU复位电压波形，未见电压干扰。
图3为断负载、断主断路器过分相时的波形。图4为机车带负载、断主断路器时的波形，750 V电压有一个电压上升，该电压上升的高度，与断开主断路器时手柄级位成正比。图中复位电路的一个电压跌落，是由于输入电压低于620 V时单元实行保护CPU自复位引起的，与电源扰动无关。
图3-3 机车断负载、断主断路器时的波形
图3-4机车带负载、断主断路器时的波形
比较图3和图4，主要是带负载、断主断路器时750V电压的浪涌高度和CPU复位的时间差明显不同，从断开主断到CPU自复位之间的时间差取决于750 V输入电压的跌落速度，这与机车在过分相前乘务员的操纵方式有关系。由此可以断定，因为CPU的自复位时差过大，CPU还没有复位，机车就过了分相重新上电，造
成系统死机。
对电源装置进行快速重复上电试验，当蓄电池经历断开并迅速投入时，或开关闭合不顺利时，有时会出现CPU死机的现象。当断电20 s后再重新上电，死机现象可以恢复。试验发现，出现死机的频率与个别CPU的质量有关，频繁对CPU复位，程序在读取内存数据时出现错误。
3.4 采取的措施
因为造成DCll0V电源装置故障有多种因素，我们只有加强HXD3机车蓄电池和PSU装置的维护管理，对PSU装置进行逐步改造，才能提高DCll0V电源
的总体质量。
3.4.1建立110 V控制电源的技术管理制度制定
HXD3机车蓄电池和PSU检查和故障处理办法，完善检修工艺及标准，正确使用和维护机车，增加配件的储备数量，加强对产品的监控，发现问题及时处理，保证机车的正常运用。
3.4.2加强机车维修质量和规范机车操纵使用标准 机车整备作业时，检查机车蓄电池和PSU的充电电压值，轻载试验蓄电池的放电状况，检查机车故障信息，试验PSU双组工作转换情况，整备完毕后及时断开机车控制电源。长时间检修或加装改造时，使用地面电源。定期检查、测量电池单节的空载电压，进行均衡充电。 将检查控制电压纳入乘务员交、接车时的检查项目，出现红色警告或蓄电池电压低于100 V时，通知维修人员检查维修。机车运行中应注意观察机车控制电压值，发现电压始终低于110 V时，尽量关闭机车照明和其他辅助设备电源，减小电压负荷，并根据电压下降的情况采取应急预案。机车过分相区前牵引力手柄回0位，过分相区后，应确认机车充电电压。区间停电期间，在保证最小机车安全控制需要的前提下，尽量关闭其他一切控制电源。
明确直流加热系统的投入条件，冬季机车控制系统不能正常启动时做短时间投入，并在启动交流加热后切除直流加热开关。
3.4.3蓄电池的防爆安全阀改造
更改防爆安全阀的设计标准，对已经使用的安全阀进行全部更换。
3.4.4PSU改造
PSU充电装置110 V和24 V电源加EMI滤波器、驱动板的24 V输入端加滤波电阻、加装共模抑制器，改善电压的冲击干扰、改善电路串入干扰、改善IG—BT电磁干扰、改善110 V和24 V电源品质，减小CPU及相关逻辑器件的电磁干扰，增强抗干扰能力，提高IGBT驱动的稳定性，提高产品的稳定性。
优化PSU控制程序，重新计算输入限流值；在CPU硬件复位和初始化部分做了改进，减轻CPU复位时的工作负荷，保证系统过分相时CPU快速复位，解决PSU误亮红灯保护和CPU死机问题。
将PSU自然冷却散热改造为强制风扇散热方式，排掉电源柜内部的高温气体；优化TCMS控制软件，设置冬、夏季工作模式，夏季牵引通风机35Hz低频运转
通风，及时排掉机械室的内部高温。
3.5 实施效果
从2008—8开始，按照相关的技术措施和改造计划，逐步落实和改造。
经过一年多的跟踪调查，PSU装置的可靠性有了较大提高，2009年没有发生机破，总故障率下降近30％。虽然取得了一些成绩，但是还没有达到预想的效
果，临修月平均故障1．25件，说明整机的稳定性还有待进一步提高。
从表1可以看出。蓄电池的故障呈上升趋势，原因是受机务段整体搬迁和南下战略、新线开通等客观因素的影响，电源装置的使用、日常维护和管理没有认真落
实所致。
表3-1 DCll0V控制电源故障对比统计表
第四章HXD3型机车辅助电路接地故障的查找和处理
HX03型机车辅助电路在机车运用途中发生了几起接地故障，引起跳主断，使机车无法继续运行，机车乘务员和现场技术人员对HXv3型机车辅助电路接地故障的查找和处理，感到有些难度，有必要对之进行研究，找到HX03型机车辅助电路接地故障的查找和处理方法。
4.1故障原因分析及查找
机车运行途中，突然跳主断，TCMS显示屏显示APU1(或APU2)故障，同时辅接地灯亮，按机车故障复位按钮，重合主断，辅接地故障现象仍然存在。
4.1.1 电路原理分析
如图l所示，HXv3型机车设置有2套辅助变流器UA11、UAl2(又称作APU1、APU2)。当机车升弓合主断后，辅助变流器UAl2开始输出，经过辅助滤波器LC，通过输出接触器KMl2给空气压缩机(MAl9、MA20)、主变压器油泵(MA21、MA22)、司机室空调(EV11、EVl2)、主变流内部的水泵(WP1、wP2)、辅助变流器风机(APBM1、APBM2)供电。同时UAl2还经过空气断路器
QA25向压缩机预热、并通过AT1隔离变压器辅助装置供电。当操纵端司机控制器换向手柄离开零位后，辅助变流器UAI1开始输出，同样经过辅助滤波器LC，通过输出接触器KM1牵引风机电动机Mal1--MAl6和冷却塔风机电动机MAl7、MAl8供电。
从图l中我们可以看到，在辅助变流器各负载支路中，都设有空气断路器，故障查找时可以用作所在负载支路的故障隔离；在辅助变流器UA11、UAl2内部，分别设有l套接地保护装置，进行辅助系统主电路的接地保护。辅助回路上E常时，由于只有l点接地，接地保护电路中流过的电流为零，接地信号检测传感器无信号输出。当辅助电路某一点接地时则形成回路，接地检测回路有故障电流流过，传感器输出电流信号，使保护装置动作。保护发生时，整流器和逆变器的门极均被封锁，同时向微机控制系统TCMS发出跳主断的信号，微机控制系统发出分主断指令，TCMS显示屏显示某辅助变流器接地，操纵台上故障显示屏中辅接地故障显示灯亮。
为了在辅变流器出现故障时维持机车辅助系统的运行，在辅助电动机电路中还设有电磁接触器KM11、KMl2、KM20，当某一辅助变流器发生故障，故障的辅助变流器能及时地将信息
通知TCMS，通过TCMS的控制自动完成输出电磁接触器的转换动作。例如：辅助变流UA11发生故障时，则电磁接触器KM11断开，电磁接触器KM20闭合；若辅助变流器UAl2发生故障，则电磁接触器KMl2断开，电磁接触器KM20闭合。故障的辅助变流器将信息传递给另一组辅助变流器，使其T作在CVCF方式，同时故障的辅助变流器被隔离，所有辅助电动机全部由另一套辅助变流器供电。
根据以上分析，HXD3型机车辅助电路的特点有：
1)UA11和UA22开始工作的时机不一样，都有接地保护装置，用作接地故障保护；
2)保护发生时，相应的辅助变流器停止工作并发出分主断指令，辅接地故障显示灯亮，TCMS显示屏进行相应的故障信息显示；
3)一台辅助变流器发生接地故障时，辅助电路的负载全部由另一台辅助变流器供电；
4)各负载电路都有空气断路器，在发生接地故障时可以用作故障隔离；
5)由于隔离变压器的作用。对辅助加热装置电路，只要考虑隔离变压器原边电路就行。
4.1.2 故障查找
在机车运行途中发生跳主断故障后，首先应查看操纵台卜的状态指示灯和TCMS显示屏，如果是辅助电路发生接地故障，应迅速判断接地点，这时“辅接地”故障指示灯亮，TCMS显示屏上的故障显示栏显示是相应辅助变流器接地故障，据此可以确认是APU1供电电路故障，还是APU2供电电路故障。这还可以根据APU1和APU2启动时间不同的特点，通过将司机控制器手柄回零位，重合主断的操纵来进行判断。如果主断合上马上又跳开，或者根本合不上，“辅接地”灯亮，则是APU2供电电路接地故障；如果是在司机控制器换向手柄离开零位后才跳主断，“辅接地”灯亮，则是APU1发生了接地故障。
如果确认是APUI供电电路故障，在主断断开的状态下，将TCMS显示屏切换到开放画面，通过触摸开关确保APU1处于隔离状态，此时由于TCMS的控制，自动完成辅电源电磁接触器KM11断开，辅电源负载转换电磁接触器KM20闭合，所有辅助电动机全部由APU2供电。这时合主断，若跳主断现象消失，则说明是包括滤波器在内的APU1内部电路有接地；若仍跳主断，则说明接地点在其负载电路中，可以用各负载支路的空气断路器的分断功能，对接地点进行查找。
接地点有两种查找方式，一是将各支路空气断路器都置分断位后，合主断，然后逐个闭合各支路空气自动开关，当某个自动开关闭合后，又跳主断了，可以判定其所在支路负载电路有接地故障，从而确定接地故障点。这种方法是在机车带高压电的情况进行的，对人身安全不利。第二种方式是在主断分的情况下，闭合某个支路的空气自动开关，再合主断，如主断合上又跳开，则是该支路的负载电路出现接地故障；如果没有跳主断，则说明接地点不在该支路中，可以断主断后再闭合其它支路空气自动开关，重复以上操作，直至查出接地故障所在支路。该查找方式虽然较前一种麻烦，但能确保人身安全。
“辅接地”故障显示灯亮，TCMS显示屏显示APU2故障时的查找方法也一样。也是在主断断开的状态下将TCMS显示屏切换到开放画面，通过触摸开关确保APU2处于隔离状态，然后合主断，若跳主断现象消失，则说明是APU2内部电路接地；若仍跳主断，则说明故障点在其负载回路中，用各负载支路的空气断路器的分断功能，查出接地点所在负载支路。
空压机回路比较特殊，不仅要合其供电支路的空气断路器，还要将操纵台的空压机扳键开关SB45(I端操纵时)或SB46(II端操纵时)置“强泵”位才行。
4.2 故障处理
4.2.1机车运用途中故障处理
在机车运用途中查出APU1或者是APU2接地时。就让其保持隔离状态，机车维持一组辅助变流器供电，回段后再作处理。但要注意，此时只有一个空压机T作，由于充气所需时间长，要注意总风缸压力变化，及时泵风，使总风缸压力不致显著下降。如果查找出某一台空压机
电机支路有接地，用空气断路器隔离，同样要注意总风缸压力变化，及时泵风，使总风缸压力不致显著下降。
牵引电动机通风机发生接地故障时，可将所在支路的空气断路器置断开位，将该支路隔离，同时将TCMS显示屏切换到开放画面，利用触摸开关，将对应的主变流器隔离，使对应的牵引电动机停止工作，防止因无冷却通风而烧损，机车以5／6的牵引动力，继续维持机车运行。
当查出复合冷却器用通风机发生故障隔离时，利用所在支路的空气断路器对该支路进行隔离，同时将TCMS显示屏切换到开放画面，利用触摸开关，将对应转向架主变流器进行隔离，使对应的3台牵引电动机伞部停止工作，机车以l／2的牵引动力，继续维持机车运行。 当查出主变压器用油泵发生故障隔离时，对应的主变流器设备和3台牵引电动机全部停止工作，另一转向架上的3个牵引电机降功运行，机车功率减少大半，这时要根据牵引吨位和所要经过的坡道情况，以不影响线路畅通为前提。来决定是维持运行还是到前方站后请求救援。
如果是QA25闭合后跳主断，则说明接地故障发生在隔离变压器原边电路，这时只要将QA25断开就行了，只是司机室加热装置和空调不能使用了，机车还可以满功率运行。同样。当闭合空气自动开关QA74跳主断时。则说明主空压机加热电路有接点，可通过断开QA74使故障点隔离，维持运行。当对应回路发生接地故障且确认只有一点接地时，也可以将控制电器柜内对应的接地故障开关置
“中立位”，继续维持机车运行，入库后再作处理。
4.2.2 机车入库后的处理
机车入库后，机车乘务员要及时报帐，机车检修和技术人员要根据机车乘务员的报帐，对接地故障处所进行确认。确认时要将辅助变流器和其滤波器分开摇绝缘，为了避免电子元件的损坏，要将辅助变流器和滤波器对外连线全部短接在一起，才能摇绝缘。不论是对辅助变流器单独摇绝缘，还是对整个辅助电路摇绝缘都是如此。
确认是辅助变流器内部电路接地时，可以检查外观有没有烧灼、破损的现象，外观检查仍不能确定的，采用逐个断路法进行故障准确地点的查找，查找后进行处理，更换故障元件或电路板。
对于辅助电动机的接地故障，首先对接线、绕组等进行外观检查，并对绕组逐个摇绝缘，确定接地的绕组。
确定是隔离变压器原边电路的故障时，应更换隔离变压器，故障隔离变压器作为备品修复。对辅助变流器或辅助电机的故障，在机车上一时处理不好的也应更换，故障辅助变流器或辅助电机在车下作为备品修复。
确认是主空压机加热电路故障时，则逐条线路分段测绝缘，查出接地点，在车上修复。 辅助电路接地故障处理完毕后，再对整个辅助电路重新测一遍绝缘．确认符合技术要求后，还要升弓合主断，操作司机控制器换向手柄，以及将空压机扳键开关置“强泵”位，确认故障现象消失，机车才能重新投入运用。
第五章HXD3系列机车撒砂装置故障分析
5.1撒砂装置结构及工作原理
HXD3系列机车安装使用的都是SDNl4-l型撒砂装置，该型撒砂装置是一种在一定压力范围内工作的气动传送装置。与传统重力撒砂装置相比。其下砂量控制精准、故障率低，具备砂箱及砂管干燥功能。撤砂装置主要由砂箱C、砂箱盖D、砂室、排出室高管、低管、筒形加热器H、烧结板、撒砂帽等构成，如图l所示。
压缩空气由端口S进入，经阻气门ds调节后从底部通过烧结板进入砂箱中。在砂箱中，供给的压缩空气被分为两股：计量的气流A和排出的气流B。计量的气流A从烧结板流入砂室并将砂子扬起，扬起的砂子进入撒砂帽，在撒砂帽顶壁的阻碍下进入撒砂管，继而进入撤砂出口R。排出的气流B流经砂箱中的砂子使它们松散，最后通过排出室高管和排出阻气门dB(可选)回到机壳。
砂子的传输由气流A和气流B的比值决定；这由阻气门ds和排出室高管的内径控制或者可选择当使用分散型的砂时在排出管中补充一个阻气门dB。两股气流在机壳中重新汇合后流向撒砂出口R。该型撒砂装置的下砂量为O．5—1L/min。
图5-1撤砂装置不意图
5.2 故障现象及判断
HXD3及HxD3B型机车在济南西机务段投入运用以来，撒砂装置出现过很多故障，其中最常见的故障就是不下砂或下砂量很少，偶尔也会出现下砂量过大的情况。由于大多数故障现象相类似，如何判断哪个环节出现故障是比较棘手的问题。通过大量实践，找到了一种行之有效的判断方法，当机车某个砂管出现不来砂子情况时，可按以下步骤进行故障查找：
5.2.1首先确定有无压缩空气进入撒砂器。拆开撒砂器进风管接头。检查有无压缩空气流过以及压力大小是否正常，若无压缩空气流出则应检查相应空气管路及电线路，排除故障处所，若一切正常，进行下一步。
5.2.2确定砂箱密封状态。砂箱气密性应良好，无明显泄漏处所(若有明显泄漏处所应及时修复)。
5.2.3查看撒砂器出口处有无砂子流出。拆开砂管与撒砂器连接接头，给出撤砂信号，检查撒砂器出砂口处是否有砂子流出，若有砂子流出，则可判断是砂管部分出了问题，疏通堵塞砂管；若无砂子流出，则可判断是撒砂器出现故障。
5.2.4解体撒砂器查找故障原因。拆下故障撒砂器并解体，逐一判断是哪个零部件出了问题，排除故障处所。
5.3 故障原因分析
总结HX03及HX03B型机车投入运用以来出现的撒砂故障问题，主要有以下几个方面原因：
5.3.1 砂子质量不合格。该撒砂装置对用砂的规格、晶体尺寸分布有严格要求。砂粒直径过小，粉末状砂子含量较多。在使用过程中，过多的粉尘进入撒砂器内部，堵塞了撒砂器内部气路或烧结板，导致不来砂子。
5.3.2 压缩空气不干燥。潮湿的压缩空气吹人砂箱后，水分被砂子吸收，时间一长砂子就黏结在一起，压缩空气不能扬起足够的砂子进入撒砂帽，导致下砂量不足；情况严重时，砂子“和泥”堵塞撒砂器，撒砂器不下砂。
5.3.3 雨雪天气。雨雪季节，空气湿度大，砂箱内砂子受潮板结，流动性降低，导致下砂不畅；冰冻天气，砂管出口易结冰，堵住砂管，造成不下砂；冬季使用砂管加热时，被加热的压缩空气遇冷后就会凝结成水，此时也容易造成撒砂器不下砂的故障。
5.3.4 阻气门或过滤器堵塞。较小颗粒的砂子卡在阻气门或过滤器上，降低了流入撒砂器内压缩空气的压力和速度，造成不下砂或下砂量小。
5.3.5 烧结板堵塞。砂箱加热装置使用不当，烧结板过热烧损、堵塞，使得进入砂箱内的压缩空气流速过低，下砂量减少。
5.3.6 砂箱气密性差。砂箱盖密封不严，致使进入砂箱内的压缩空气逸散，达不到撒砂器下砂所需压力值，导致不下砂。
5.3.7 砂管角度不够。砂管与轨面间的夹角太小，不够陡峭，致使从撒砂器内流出的砂子在砂管内堆积，造成不下砂。
5.3.8 撒砂帽损坏。撒砂帽通过三个“小爪”卡套在撒砂管上，冬季时塑料制晶比较脆，机车在运行中由于振动增大了“小爪”的受力，使其折断(撒砂帽本身质量不好，使用一段时间后“小爪”也容易折断)，致使撒砂帽偏离或是堵在出砂管上，导致撒砂器不下砂。
5.3.9 维护保养不当。机车整备时，整备人员不严格执行工艺要求，使湿砂或混有杂物(如编织袋、小石子等)的砂子进入砂箱，进入撒砂帽，日积月累将撒砂帽堵塞，导致不下砂。
5.3.10 撒砂器本身存在缺陷。在烧结板与撒砂器连接面上有两个孔，分别为低管、排出室高管安装孔。烧结板与撒砂器之间装有衬垫，而排出室高管处则没有，使得烧结板与撒砂器间存在间隙。一些粉尘和细小的砂子直接从连接处进入撒砂器内部，堵塞撒砂器风路，造成不下砂。
5.4 应对措施及建议
HxD3及HXD3B型机车投入运用之初，由于缺乏该型机车的运用及检修经验，出现过几次坡停故障，直接原因就是撒砂器撒砂不良，机车轮对空转，牵引力不能完全发挥。为解决撒砂不良的故障，济南铁路局特制定以下几点应对措施，以保证机车行车安全。
5.4.1 制定机车日检作业标准，规范作业人员的作业过程，严格按工艺、范同作业，同时
还制订撒砂装置维修专项管理制度，使整个作业过程标准化、程序化。
5.4.2 严格卡控筛砂、加砂环节，不让编织袋、小石子等杂物进入砂箱，保证所使用砂子质量良好。
5.4.3 针对雨雪季节、冰冻灾害天气特点，制定出相应管理制度，使砂管、砂箱加热装置及时投入，增大砂子的流动性，保障撒砂装置作用良好。
5.4.4 机车入库整备时，整备T作者要对总风缸进行排水处理，查看机车风源净化装置上作状态，保证风源净化装置为撒砂器提供洁净、干燥的压缩空气。
5.4.5 济西段检修人员在作业中发现问题须及时处理，对乘务员入库提票做到逐一消除、确认，坚决杜绝撒砂状态不良机车即出库上线现象。
5.4.6 建议厂家对排出室高管采取类似低管的处理方式，在连接处增加衬垫，降低撒砂器堵塞故障发生率。
第一章 论述
电力机车由牵电动机驱动车轮的机车。电力机车因为所需电能由电气化供电系统的接触网或第三轨供运行中的电力机车给，所以是一种非自带能源的机车。电力机车具有功率大、过载能力强、牵引力大、速度快、整备作业时间短、维修量少、运营费用低、便于实现多机牵引、能采用再生制动以及节约能量等优点。使用电力机车牵引车列，可以提高列车运行速度和承载重量，从而大幅度地提高铁路的运输能力和通过能力。
在2006年“和谐型”系列交流电力机车投产以前，中国铁路普遍缺乏大功率电力机车。随着近年中国经济持续增长，铁路货运需求也随之增加，铁道部有见及此，便需要订购能单机牵引5,000-5500吨货物的大功率机车，以应付货运需求。
大连机车于2001年起就开发大功率交流传动货运电力机车进行研究，由于当时中国缺乏制造IGBT VVVF牵引逆变器等技术，因此大连机车选择与日本东芝合作研制新型机车，并于2002年9月成立合资公司，东芝提供机车的牵引逆变器及控制系统。
这款机车使用了Co-Co六轴，即前後各一三轴转向架、每轴装有一台1,200 kW交流牵引电动机，整车输出功率为7,200 kw。首台原型车编号SSJ3-0001，于2003年年底完成，2004年4月26日由大连厂房驶出，前往北京铁道科学研究院环形线进行试验，试验于7月4日完成，及后这辆机车一直待在环铁至今。
济南铁路局自配属以来，本人开始转型，学习HXD3电力机车，在工作中，对机车运行途中容易发生的一些问题，进行了分析，通过查阅大量专业资料、期刊等，对常见的几个故障进行了分析，并提出改进方法，希望对广大乘务员在工作中对于故障的处理能力能够有所提高。
第二章HxD3型大功率交流传动货运电力机车特点
2.1机车简介及特点
2.1.1总体及设备布置
机车轮周功率7 200 kW，轴重25 t，轴式为Co-Co。，采用交直交电气传动，最高运行速度为120km／h。机车牵引采用恒牵引力、准恒速控制，恒功率调节，电制动为再生制动。采用微机网络控制系统，实现逻辑控制和故障自诊断功能。采用独立牵引通风冷却。基础制动采用轮盘制动，空气制动系统为集成化气路结构，具有电空制动功能。
2.1.2主电路特点
机车采用DSA200型受电弓和真空主断路器。前后受电弓分别设有一个气动隔离开关，当出现弓网故障后，可迅速隔离故障的车顶电路。机车主电路增设了一个检测精度较高的电流互感器，利用其向微机控制系统和电度表提供电流信号。机车采用l 250 kw大转矩三相异步牵引电动机。
牵引变压器绕组分为1个一次侧绕组、6个牵引绕组和2个辅助绕组。每个牵引绕组对应一
个主变流器，主变流器按照转向架划分为2组，即MPUl、MPU2，MPU结构布置见图2。每个主变流器独立地向1台牵引电动机供电。主变流器由冷却液(水与乙二醇的混和物)循环冷却。 主变流器工作可划分为单相整流--中间直流--三相逆变3个环节，电路由工作接触器、充电接触器、充电电阻、四象限整流器、中间直流环节、逆变器和保护电路构成。四象限整流器和逆变器均由IGBT模块构成，中间直流环节中含有容量大的支撑电容。机车再生制动时，逆变器工作在整流状态，整流器工作在逆变状态，将电能回馈电网。
2.1.3辅助电路特点
机车2个辅助变流器APu1、APU2由牵引变压器的2个辅助绕组供电，通过单相整流--中间直流--三相逆变3个环节向辅助三相异步电动机供电。辅助变流器采用风冷技术。辅助电机由空气断路器进行过流保护，辅助变流器输出电路设有LC滤波装置。
辅助变流器APU1采用变压变频(2—380 v／0．2—50 Hz)的方式对6台牵引通风机电机和2台冷却塔风机电机供电。辅助变流器API『2采用恒压恒频(380 v，50 Hz)的方式对2台空压机电机、2台牵引变压器油泵电机、司机室空调、2台主变流器水泵电机和2台辅助变流器风机供电。辅助电源系统有冗余，当任何一组辅助变流器发生故障，另外一组可以通过闭合辅助电路转换接触器，向所有的辅助电机供电，此时辅助变流器工作在恒压恒频状态。 辅助变流器中间直流环节同时向110 V电源模块PSu提供650 V的直流电源。
2.1.4微机控制系统特点
机车控制监视系统，简称TCMs，可以实现以下功能：根据司机指令完成对机车逻辑控制、主变流器及牵引电机控制、辅助变流器控制、牵引特性控制、制动特性控制、定速控制、半自动过分相控制，机车运行状态显示，具备故障保护、显示、记忆，并在一定程度上可以自动排除、切换故障。
定速控制时，当机车实际速度高于目标设定速度2km/h时进行电气制动，低于目标设定速度2 km/h时进行牵引。
TCMS主控单元采用32位CPU，配置上为双机热备冗余。TCMS起主导控制作用，将指令以通信的方式发送给MPU控制单元、APU控制单元、PSU控制单元，并将各种信息送显示屏显示。TcMs同时实现与机车制动系统CCB．II、监控装置LⅪ2000之间的数据通信，
MPu控制单元采用矢量控制方式，实现对牵引电动机转矩的控制，提高粘着利用率和实现空转滑行保护功能。矢量控制能有效地降低谐波和提高功率因数。
2.1.5 空气制动系统特点
机车装有2台螺杆式空气压缩机，当总风缸气压低于825 kPa时靠近操纵端的空压机工作，当总风缸气压低于750 kPa时2个空压机工作，当总风缸气压高于900 kPa时空压机停止工作。空气干燥器为双塔式，一塔干燥，一塔再生，双塔交替进行。干燥器不管季节和环境变化，均能稳定工作，且节约安装空间。
弹簧停车装置代替了以往的手制动机，安装于机车第一、第六轮对，通过作用于所在轮对的基础制动装置，实现充风压缩弹簧缓解、排风制动的功能。基础
制动装置为轮盘制动。
微机控制制动系统CcB．II将26L型制动机和电子空气制动设备兼容，包括制动显示屏、电一空控制单元、集成处理器模块、电子制动阀和继电器接口模块。
CCB—II具有故障诊断和记录功能。
空气防滑系统wSP包括控制单元、速度传感器、防滑电磁阀等3部分，通过控制防滑电磁阀逐渐排放制动缸内压缩空气，消除轮对滑行。轮对滑行结束后，WSP再次实施制动。
技术指标： 传动方式 交直交
轴式 Co-Co
轴重 23+2t
总重 138t（+3%，-1%，23t轴重）
150t（+3%，-1%，25t轴重）
轨距 1435mm
机车前后轴中心距 20846mm
车体底架长度 19630mm
机车宽度 3100mm
机车高度 4100mm （新轮）
机车全轴距 14700mm
转向架固定轴距 2250+2000mm
车轮直径 1250mm（新轮）
1200mm（半磨耗）
1150mm（全磨耗）
受电弓滑板工作范围 5200mm~6500mm
功率因数 （机车发挥10%以上功率时）≥98%
启动牵引力 520kN(23t轴重)
570kN(25t轴重)
最高速度 120km/h
持续功率 7200kW
持续速度 70km/h(23t轴重)
65km/h(25t轴重)
持续牵引力 （半磨耗轮） 370kN(23t轴重)
400kN(25t轴重)
电制动方式-再生制动
电制动功率 7200kW（65km/h或70km/h~120km/h) (23t/25t轴重）
最大电制动力 370kN（65km/h~120km/h）（23t轴重）
400kN（70km/h~120km/h）（25t轴重）
第三章 HXD3型电力机车DCl10V电源装置原理及故障分析
3.1 系统构成及工作原理
HXD3型电力机车DCll0V电源装置由蓄电池充电装置(简称PSU)和蓄电池组构成不间断的110V直流控制电源。PSU充电装置采用DC／DC变换技术，双组电源输入、双路冗余供电设计。输入电源来自辅助逆变器(简称APU)的中间直流750V电压，通过高频隔离变换，向机车提供稳定的DCll0V控制电压，同时与蓄电池并联，作为车载充电器，向蓄电池充电。 机车主控制系统(简称TCMS)控制两套PSU的工作顺序，监视PSU的工作状态，当其中一组故障时，会自动转换到另一组供电。
PSU根据脉宽调制技术控制IGBT元件，将750V直流电压调制为单相脉冲电压，然后经过高频变压器和整流器，最后滤波输出DCll0V电压。充电装置的工作过程为：APU开始工作后，其中间直流回路的电压逐渐上升至750 V，控制电路检测到此电压并维持10 S，先闭合CTT接触器，预充电回路投人工作，中间电容FC两端电压上升，延时3 S后预充电完成。触发晶闸管CHS，装置进入工作状态，输出IGBT门极信号，得到110 V直流电源。APU停止工作后，输入电压下降，当FC两端电压低于620 V时，装置也停止工作。
输出电压控制是双闭环控制系统，电压控制环起主要作用，电流控制环起辅助作用。在恒压阶段，输出电压的反馈值与基准电压比较后，确定一个输出波形至PWM发生器，产生IGBT的门极控制信号；在恒流阶段，过程与恒压阶段类似，只是在电压比较器处多比较了一个“输出电压降低值”的参数，这个值根据限流曲线生成，此时电流控制环的地位比电压控制环高，起主导作用。
3.2故障调查
从2007—4—2008—12机车DCll0 V电源装置共发生170起故障，故障比例(图1)及调查如下。
3.2.1电气线路
电气线路主要是机车控制电气及线路的组装工艺问题，经过后期整修之后基本稳定。
图3-1故障比例
3.2.2 PSU装置
HXD3型电力机车对DCll0 V电源的品质要求非常高，机车控制电源欠压保护值为88 V，不符合国内77V的惯用标准，蓄电池稍有亏电，PSU就会因瞬时充电电流大而保护。
TCMS、CI变流器、PSU等装置耗电量大，对工作电源的要求较高。当电源
3.2.3蓄电池
蓄电池主要是安全阀的设计缺陷，造成部分蓄电池箱体爆裂；另外因机车乘务员使用不当，也经常发生蓄电池过放电的现象。
3.3原因分析
3.3.1蓄电池
蓄电池防爆安全阀的设计缺陷，当电池箱体内工作压力上升时不能正常释压，造成箱体鼓胀裂漏、变形，电池极柱漏液，极板老化加速，电池的容量下降。
蓄电池的状态正常时，PSU的充电电流控制在30 A以下。一旦蓄电池发生过放电，PSU的瞬时充电电流>50 A，充电器工作在限流区，加之机车负载的不稳定变化，IGBT被强制工作在高频调整区，大负荷运行使器件发热量大，致使器件在满载和高温下损坏的频率增加。 机车在机务段内整备后没有及时关闭蓄电池，或长时间使用蓄电池供电检修，蓄电池过放电；机车上线前没有认真检查蓄电池的放电情况，机车在亏电的状态下运行，造成PSU亏电保护；机车运行在区间停电期间长时间使用蓄电池供电，造成电池组过放电。
HXD3机车DCll0V低压保护值88 V。在无网压只使用车内照明的情况下，蓄电池的放电电流大约为17 A，相当于以0．1C的速率放电，大约能维持4 h，并使电压保持在90 V以上。如果加上车外照明(包括头灯、副灯、信号灯)、风扇、PSU、TCMS、2台牵引变流柜CI、CCBⅡ制动机等设备时，放电速率更大，大约2 h就能使电压降至90 V以下，控制系统就会因亏电而瘫痪。此时无论采取何种方法，均不能继续充电，见图2。
启用直流加热设备时，蓄电池放电电流大约为35A，即以0．2C的速度放电，电池在1 h内就会出现过放电的情况。
图3-2 DCll0V电源下降过程对机车牵引的影响
蓄电池过放电后又没有及时进行均衡充电，造成电池的容量下降。
3.3.2 PSU充电装置
3.3.2.1 电源干扰
虽然设计时已经考虑了电磁干扰问题，采取了相应的防护措施，但在现场实际测量发现，系统中还是存在线路干扰。
充电装置的工作环境恶劣，后边是APU滤波柜，左右两侧是牵引风机，以及电线路问的干扰等，这些都是很大的干扰源，影响控制电路和驱动电路的电源品质，造成PSU工作不稳定。
3.3.2.2 温度的影响
HXD3机车PSU引进日本原装RFE081一A0型电源技术，根据日本的使用环境设计、制造的产品，环境温度参数为一40℃～+40℃，各配件自然散热。郑州一武汉间线路有500 km多，实测HXD3机车内温度为一10℃～+70℃，区间及昼夜温差大，致使器件在高温和大温差下损坏的概率增加。
PSU和蓄电池的使用环境和温度有密切关系，HXD3电力机车机械室为全密封正风压设计，夏季环境温度高时，不利于蓄电池和PSU散热。
2007—11—12故障率突升的主要原因是国内区域性大雪，机车辅助加热系统使用较频繁，蓄电池没有及时补充电造成的故障较多。2007—6—8、2008—3—7 PSU故障率均呈上升趋
势，主要原因就是PSU装置的热稳定性差，环境气温升高后，故障率大幅上升。
3.3.2.3 PSU亮红灯
经常有一组亮红灯，另一组能正常工作，有时不能自动转换。机车回段后检查正常。 受蓄电池状态的影响，当机车负载变化时，PSU经常处于临界触发保护状态。
乘务员闭合蓄电池及各装置工作电源的顺序错误，经常造成记录中有亮红灯的故障记录。APU故障后，造成PSU无输入电源亮红灯。
PSU单元故障后亮红灯。TCMS的程序设计缺陷，当一组PSU发生故障时，TCMS没有故障记录。一旦微机重启，显示屏上的警告就会自动消除，无法及时发现问题，当备用组也出现故障时，PSU无法转换。
3.3.2.4 PSU过分相区后工作停止
随车添乘试验，检测750 V输入电压、单元内750V电压、110 V控制电压、CPU复位电压波形，未见电压干扰。
图3为断负载、断主断路器过分相时的波形。图4为机车带负载、断主断路器时的波形，750 V电压有一个电压上升，该电压上升的高度，与断开主断路器时手柄级位成正比。图中复位电路的一个电压跌落，是由于输入电压低于620 V时单元实行保护CPU自复位引起的，与电源扰动无关。
图3-3 机车断负载、断主断路器时的波形
图3-4机车带负载、断主断路器时的波形
比较图3和图4，主要是带负载、断主断路器时750V电压的浪涌高度和CPU复位的时间差明显不同，从断开主断到CPU自复位之间的时间差取决于750 V输入电压的跌落速度，这与机车在过分相前乘务员的操纵方式有关系。由此可以断定，因为CPU的自复位时差过大，CPU还没有复位，机车就过了分相重新上电，造
成系统死机。
对电源装置进行快速重复上电试验，当蓄电池经历断开并迅速投入时，或开关闭合不顺利时，有时会出现CPU死机的现象。当断电20 s后再重新上电，死机现象可以恢复。试验发现，出现死机的频率与个别CPU的质量有关，频繁对CPU复位，程序在读取内存数据时出现错误。
3.4 采取的措施
因为造成DCll0V电源装置故障有多种因素，我们只有加强HXD3机车蓄电池和PSU装置的维护管理，对PSU装置进行逐步改造，才能提高DCll0V电源
的总体质量。
3.4.1建立110 V控制电源的技术管理制度制定
HXD3机车蓄电池和PSU检查和故障处理办法，完善检修工艺及标准，正确使用和维护机车，增加配件的储备数量，加强对产品的监控，发现问题及时处理，保证机车的正常运用。
3.4.2加强机车维修质量和规范机车操纵使用标准 机车整备作业时，检查机车蓄电池和PSU的充电电压值，轻载试验蓄电池的放电状况，检查机车故障信息，试验PSU双组工作转换情况，整备完毕后及时断开机车控制电源。长时间检修或加装改造时，使用地面电源。定期检查、测量电池单节的空载电压，进行均衡充电。 将检查控制电压纳入乘务员交、接车时的检查项目，出现红色警告或蓄电池电压低于100 V时，通知维修人员检查维修。机车运行中应注意观察机车控制电压值，发现电压始终低于110 V时，尽量关闭机车照明和其他辅助设备电源，减小电压负荷，并根据电压下降的情况采取应急预案。机车过分相区前牵引力手柄回0位，过分相区后，应确认机车充电电压。区间停电期间，在保证最小机车安全控制需要的前提下，尽量关闭其他一切控制电源。
明确直流加热系统的投入条件，冬季机车控制系统不能正常启动时做短时间投入，并在启动交流加热后切除直流加热开关。
3.4.3蓄电池的防爆安全阀改造
更改防爆安全阀的设计标准，对已经使用的安全阀进行全部更换。
3.4.4PSU改造
PSU充电装置110 V和24 V电源加EMI滤波器、驱动板的24 V输入端加滤波电阻、加装共模抑制器，改善电压的冲击干扰、改善电路串入干扰、改善IG—BT电磁干扰、改善110 V和24 V电源品质，减小CPU及相关逻辑器件的电磁干扰，增强抗干扰能力，提高IGBT驱动的稳定性，提高产品的稳定性。
优化PSU控制程序，重新计算输入限流值；在CPU硬件复位和初始化部分做了改进，减轻CPU复位时的工作负荷，保证系统过分相时CPU快速复位，解决PSU误亮红灯保护和CPU死机问题。
将PSU自然冷却散热改造为强制风扇散热方式，排掉电源柜内部的高温气体；优化TCMS控制软件，设置冬、夏季工作模式，夏季牵引通风机35Hz低频运转
通风，及时排掉机械室的内部高温。
3.5 实施效果
从2008—8开始，按照相关的技术措施和改造计划，逐步落实和改造。
经过一年多的跟踪调查，PSU装置的可靠性有了较大提高，2009年没有发生机破，总故障率下降近30％。虽然取得了一些成绩，但是还没有达到预想的效
果，临修月平均故障1．25件，说明整机的稳定性还有待进一步提高。
从表1可以看出。蓄电池的故障呈上升趋势，原因是受机务段整体搬迁和南下战略、新线开通等客观因素的影响，电源装置的使用、日常维护和管理没有认真落
实所致。
表3-1 DCll0V控制电源故障对比统计表
第四章HXD3型机车辅助电路接地故障的查找和处理
HX03型机车辅助电路在机车运用途中发生了几起接地故障，引起跳主断，使机车无法继续运行，机车乘务员和现场技术人员对HXv3型机车辅助电路接地故障的查找和处理，感到有些难度，有必要对之进行研究，找到HX03型机车辅助电路接地故障的查找和处理方法。
4.1故障原因分析及查找
机车运行途中，突然跳主断，TCMS显示屏显示APU1(或APU2)故障，同时辅接地灯亮，按机车故障复位按钮，重合主断，辅接地故障现象仍然存在。
4.1.1 电路原理分析
如图l所示，HXv3型机车设置有2套辅助变流器UA11、UAl2(又称作APU1、APU2)。当机车升弓合主断后，辅助变流器UAl2开始输出，经过辅助滤波器LC，通过输出接触器KMl2给空气压缩机(MAl9、MA20)、主变压器油泵(MA21、MA22)、司机室空调(EV11、EVl2)、主变流内部的水泵(WP1、wP2)、辅助变流器风机(APBM1、APBM2)供电。同时UAl2还经过空气断路器
QA25向压缩机预热、并通过AT1隔离变压器辅助装置供电。当操纵端司机控制器换向手柄离开零位后，辅助变流器UAI1开始输出，同样经过辅助滤波器LC，通过输出接触器KM1牵引风机电动机Mal1--MAl6和冷却塔风机电动机MAl7、MAl8供电。
从图l中我们可以看到，在辅助变流器各负载支路中，都设有空气断路器，故障查找时可以用作所在负载支路的故障隔离；在辅助变流器UA11、UAl2内部，分别设有l套接地保护装置，进行辅助系统主电路的接地保护。辅助回路上E常时，由于只有l点接地，接地保护电路中流过的电流为零，接地信号检测传感器无信号输出。当辅助电路某一点接地时则形成回路，接地检测回路有故障电流流过，传感器输出电流信号，使保护装置动作。保护发生时，整流器和逆变器的门极均被封锁，同时向微机控制系统TCMS发出跳主断的信号，微机控制系统发出分主断指令，TCMS显示屏显示某辅助变流器接地，操纵台上故障显示屏中辅接地故障显示灯亮。
为了在辅变流器出现故障时维持机车辅助系统的运行，在辅助电动机电路中还设有电磁接触器KM11、KMl2、KM20，当某一辅助变流器发生故障，故障的辅助变流器能及时地将信息
通知TCMS，通过TCMS的控制自动完成输出电磁接触器的转换动作。例如：辅助变流UA11发生故障时，则电磁接触器KM11断开，电磁接触器KM20闭合；若辅助变流器UAl2发生故障，则电磁接触器KMl2断开，电磁接触器KM20闭合。故障的辅助变流器将信息传递给另一组辅助变流器，使其T作在CVCF方式，同时故障的辅助变流器被隔离，所有辅助电动机全部由另一套辅助变流器供电。
根据以上分析，HXD3型机车辅助电路的特点有：
1)UA11和UA22开始工作的时机不一样，都有接地保护装置，用作接地故障保护；
2)保护发生时，相应的辅助变流器停止工作并发出分主断指令，辅接地故障显示灯亮，TCMS显示屏进行相应的故障信息显示；
3)一台辅助变流器发生接地故障时，辅助电路的负载全部由另一台辅助变流器供电；
4)各负载电路都有空气断路器，在发生接地故障时可以用作故障隔离；
5)由于隔离变压器的作用。对辅助加热装置电路，只要考虑隔离变压器原边电路就行。
4.1.2 故障查找
在机车运行途中发生跳主断故障后，首先应查看操纵台卜的状态指示灯和TCMS显示屏，如果是辅助电路发生接地故障，应迅速判断接地点，这时“辅接地”故障指示灯亮，TCMS显示屏上的故障显示栏显示是相应辅助变流器接地故障，据此可以确认是APU1供电电路故障，还是APU2供电电路故障。这还可以根据APU1和APU2启动时间不同的特点，通过将司机控制器手柄回零位，重合主断的操纵来进行判断。如果主断合上马上又跳开，或者根本合不上，“辅接地”灯亮，则是APU2供电电路接地故障；如果是在司机控制器换向手柄离开零位后才跳主断，“辅接地”灯亮，则是APU1发生了接地故障。
如果确认是APUI供电电路故障，在主断断开的状态下，将TCMS显示屏切换到开放画面，通过触摸开关确保APU1处于隔离状态，此时由于TCMS的控制，自动完成辅电源电磁接触器KM11断开，辅电源负载转换电磁接触器KM20闭合，所有辅助电动机全部由APU2供电。这时合主断，若跳主断现象消失，则说明是包括滤波器在内的APU1内部电路有接地；若仍跳主断，则说明接地点在其负载电路中，可以用各负载支路的空气断路器的分断功能，对接地点进行查找。
接地点有两种查找方式，一是将各支路空气断路器都置分断位后，合主断，然后逐个闭合各支路空气自动开关，当某个自动开关闭合后，又跳主断了，可以判定其所在支路负载电路有接地故障，从而确定接地故障点。这种方法是在机车带高压电的情况进行的，对人身安全不利。第二种方式是在主断分的情况下，闭合某个支路的空气自动开关，再合主断，如主断合上又跳开，则是该支路的负载电路出现接地故障；如果没有跳主断，则说明接地点不在该支路中，可以断主断后再闭合其它支路空气自动开关，重复以上操作，直至查出接地故障所在支路。该查找方式虽然较前一种麻烦，但能确保人身安全。
“辅接地”故障显示灯亮，TCMS显示屏显示APU2故障时的查找方法也一样。也是在主断断开的状态下将TCMS显示屏切换到开放画面，通过触摸开关确保APU2处于隔离状态，然后合主断，若跳主断现象消失，则说明是APU2内部电路接地；若仍跳主断，则说明故障点在其负载回路中，用各负载支路的空气断路器的分断功能，查出接地点所在负载支路。
空压机回路比较特殊，不仅要合其供电支路的空气断路器，还要将操纵台的空压机扳键开关SB45(I端操纵时)或SB46(II端操纵时)置“强泵”位才行。
4.2 故障处理
4.2.1机车运用途中故障处理
在机车运用途中查出APU1或者是APU2接地时。就让其保持隔离状态，机车维持一组辅助变流器供电，回段后再作处理。但要注意，此时只有一个空压机T作，由于充气所需时间长，要注意总风缸压力变化，及时泵风，使总风缸压力不致显著下降。如果查找出某一台空压机
电机支路有接地，用空气断路器隔离，同样要注意总风缸压力变化，及时泵风，使总风缸压力不致显著下降。
牵引电动机通风机发生接地故障时，可将所在支路的空气断路器置断开位，将该支路隔离，同时将TCMS显示屏切换到开放画面，利用触摸开关，将对应的主变流器隔离，使对应的牵引电动机停止工作，防止因无冷却通风而烧损，机车以5／6的牵引动力，继续维持机车运行。
当查出复合冷却器用通风机发生故障隔离时，利用所在支路的空气断路器对该支路进行隔离，同时将TCMS显示屏切换到开放画面，利用触摸开关，将对应转向架主变流器进行隔离，使对应的3台牵引电动机伞部停止工作，机车以l／2的牵引动力，继续维持机车运行。 当查出主变压器用油泵发生故障隔离时，对应的主变流器设备和3台牵引电动机全部停止工作，另一转向架上的3个牵引电机降功运行，机车功率减少大半，这时要根据牵引吨位和所要经过的坡道情况，以不影响线路畅通为前提。来决定是维持运行还是到前方站后请求救援。
如果是QA25闭合后跳主断，则说明接地故障发生在隔离变压器原边电路，这时只要将QA25断开就行了，只是司机室加热装置和空调不能使用了，机车还可以满功率运行。同样。当闭合空气自动开关QA74跳主断时。则说明主空压机加热电路有接点，可通过断开QA74使故障点隔离，维持运行。当对应回路发生接地故障且确认只有一点接地时，也可以将控制电器柜内对应的接地故障开关置
“中立位”，继续维持机车运行，入库后再作处理。
4.2.2 机车入库后的处理
机车入库后，机车乘务员要及时报帐，机车检修和技术人员要根据机车乘务员的报帐，对接地故障处所进行确认。确认时要将辅助变流器和其滤波器分开摇绝缘，为了避免电子元件的损坏，要将辅助变流器和滤波器对外连线全部短接在一起，才能摇绝缘。不论是对辅助变流器单独摇绝缘，还是对整个辅助电路摇绝缘都是如此。
确认是辅助变流器内部电路接地时，可以检查外观有没有烧灼、破损的现象，外观检查仍不能确定的，采用逐个断路法进行故障准确地点的查找，查找后进行处理，更换故障元件或电路板。
对于辅助电动机的接地故障，首先对接线、绕组等进行外观检查，并对绕组逐个摇绝缘，确定接地的绕组。
确定是隔离变压器原边电路的故障时，应更换隔离变压器，故障隔离变压器作为备品修复。对辅助变流器或辅助电机的故障，在机车上一时处理不好的也应更换，故障辅助变流器或辅助电机在车下作为备品修复。
确认是主空压机加热电路故障时，则逐条线路分段测绝缘，查出接地点，在车上修复。 辅助电路接地故障处理完毕后，再对整个辅助电路重新测一遍绝缘．确认符合技术要求后，还要升弓合主断，操作司机控制器换向手柄，以及将空压机扳键开关置“强泵”位，确认故障现象消失，机车才能重新投入运用。
第五章HXD3系列机车撒砂装置故障分析
5.1撒砂装置结构及工作原理
HXD3系列机车安装使用的都是SDNl4-l型撒砂装置，该型撒砂装置是一种在一定压力范围内工作的气动传送装置。与传统重力撒砂装置相比。其下砂量控制精准、故障率低，具备砂箱及砂管干燥功能。撤砂装置主要由砂箱C、砂箱盖D、砂室、排出室高管、低管、筒形加热器H、烧结板、撒砂帽等构成，如图l所示。
压缩空气由端口S进入，经阻气门ds调节后从底部通过烧结板进入砂箱中。在砂箱中，供给的压缩空气被分为两股：计量的气流A和排出的气流B。计量的气流A从烧结板流入砂室并将砂子扬起，扬起的砂子进入撒砂帽，在撒砂帽顶壁的阻碍下进入撒砂管，继而进入撤砂出口R。排出的气流B流经砂箱中的砂子使它们松散，最后通过排出室高管和排出阻气门dB(可选)回到机壳。
砂子的传输由气流A和气流B的比值决定；这由阻气门ds和排出室高管的内径控制或者可选择当使用分散型的砂时在排出管中补充一个阻气门dB。两股气流在机壳中重新汇合后流向撒砂出口R。该型撒砂装置的下砂量为O．5—1L/min。
图5-1撤砂装置不意图
5.2 故障现象及判断
HXD3及HxD3B型机车在济南西机务段投入运用以来，撒砂装置出现过很多故障，其中最常见的故障就是不下砂或下砂量很少，偶尔也会出现下砂量过大的情况。由于大多数故障现象相类似，如何判断哪个环节出现故障是比较棘手的问题。通过大量实践，找到了一种行之有效的判断方法，当机车某个砂管出现不来砂子情况时，可按以下步骤进行故障查找：
5.2.1首先确定有无压缩空气进入撒砂器。拆开撒砂器进风管接头。检查有无压缩空气流过以及压力大小是否正常，若无压缩空气流出则应检查相应空气管路及电线路，排除故障处所，若一切正常，进行下一步。
5.2.2确定砂箱密封状态。砂箱气密性应良好，无明显泄漏处所(若有明显泄漏处所应及时修复)。
5.2.3查看撒砂器出口处有无砂子流出。拆开砂管与撒砂器连接接头，给出撤砂信号，检查撒砂器出砂口处是否有砂子流出，若有砂子流出，则可判断是砂管部分出了问题，疏通堵塞砂管；若无砂子流出，则可判断是撒砂器出现故障。
5.2.4解体撒砂器查找故障原因。拆下故障撒砂器并解体，逐一判断是哪个零部件出了问题，排除故障处所。
5.3 故障原因分析
总结HX03及HX03B型机车投入运用以来出现的撒砂故障问题，主要有以下几个方面原因：
5.3.1 砂子质量不合格。该撒砂装置对用砂的规格、晶体尺寸分布有严格要求。砂粒直径过小，粉末状砂子含量较多。在使用过程中，过多的粉尘进入撒砂器内部，堵塞了撒砂器内部气路或烧结板，导致不来砂子。
5.3.2 压缩空气不干燥。潮湿的压缩空气吹人砂箱后，水分被砂子吸收，时间一长砂子就黏结在一起，压缩空气不能扬起足够的砂子进入撒砂帽，导致下砂量不足；情况严重时，砂子“和泥”堵塞撒砂器，撒砂器不下砂。
5.3.3 雨雪天气。雨雪季节，空气湿度大，砂箱内砂子受潮板结，流动性降低，导致下砂不畅；冰冻天气，砂管出口易结冰，堵住砂管，造成不下砂；冬季使用砂管加热时，被加热的压缩空气遇冷后就会凝结成水，此时也容易造成撒砂器不下砂的故障。
5.3.4 阻气门或过滤器堵塞。较小颗粒的砂子卡在阻气门或过滤器上，降低了流入撒砂器内压缩空气的压力和速度，造成不下砂或下砂量小。
5.3.5 烧结板堵塞。砂箱加热装置使用不当，烧结板过热烧损、堵塞，使得进入砂箱内的压缩空气流速过低，下砂量减少。
5.3.6 砂箱气密性差。砂箱盖密封不严，致使进入砂箱内的压缩空气逸散，达不到撒砂器下砂所需压力值，导致不下砂。
5.3.7 砂管角度不够。砂管与轨面间的夹角太小，不够陡峭，致使从撒砂器内流出的砂子在砂管内堆积，造成不下砂。
5.3.8 撒砂帽损坏。撒砂帽通过三个“小爪”卡套在撒砂管上，冬季时塑料制晶比较脆，机车在运行中由于振动增大了“小爪”的受力，使其折断(撒砂帽本身质量不好，使用一段时间后“小爪”也容易折断)，致使撒砂帽偏离或是堵在出砂管上，导致撒砂器不下砂。
5.3.9 维护保养不当。机车整备时，整备人员不严格执行工艺要求，使湿砂或混有杂物(如编织袋、小石子等)的砂子进入砂箱，进入撒砂帽，日积月累将撒砂帽堵塞，导致不下砂。
5.3.10 撒砂器本身存在缺陷。在烧结板与撒砂器连接面上有两个孔，分别为低管、排出室高管安装孔。烧结板与撒砂器之间装有衬垫，而排出室高管处则没有，使得烧结板与撒砂器间存在间隙。一些粉尘和细小的砂子直接从连接处进入撒砂器内部，堵塞撒砂器风路，造成不下砂。
5.4 应对措施及建议
HxD3及HXD3B型机车投入运用之初，由于缺乏该型机车的运用及检修经验，出现过几次坡停故障，直接原因就是撒砂器撒砂不良，机车轮对空转，牵引力不能完全发挥。为解决撒砂不良的故障，济南铁路局特制定以下几点应对措施，以保证机车行车安全。
5.4.1 制定机车日检作业标准，规范作业人员的作业过程，严格按工艺、范同作业，同时
还制订撒砂装置维修专项管理制度，使整个作业过程标准化、程序化。
5.4.2 严格卡控筛砂、加砂环节，不让编织袋、小石子等杂物进入砂箱，保证所使用砂子质量良好。
5.4.3 针对雨雪季节、冰冻灾害天气特点，制定出相应管理制度，使砂管、砂箱加热装置及时投入，增大砂子的流动性，保障撒砂装置作用良好。
5.4.4 机车入库整备时，整备T作者要对总风缸进行排水处理，查看机车风源净化装置上作状态，保证风源净化装置为撒砂器提供洁净、干燥的压缩空气。
5.4.5 济西段检修人员在作业中发现问题须及时处理，对乘务员入库提票做到逐一消除、确认，坚决杜绝撒砂状态不良机车即出库上线现象。
5.4.6 建议厂家对排出室高管采取类似低管的处理方式，在连接处增加衬垫，降低撒砂器堵塞故障发生率。