HXD1型电力机车蓄电池壳体变形、亏电的故障与改进意见

[摘 要]针对HXD1型电力机车蓄电池壳体变形、亏电的问题,分析了蓄电池壳体变形、亏电原因,提出了改进意见.

[关 键 词]HXD1型电力机车；蓄电池；壳体变形；亏电；

中图分类号：U464.9+3文献标识码：A文章编号：1009-914X（2014）27-0039-02

1引言：

湖东电力机务段自2007年6月开始陆续配属HXD1型电力机车220台,担当大秦线单元万吨、组合2万吨列车的牵引任务,是大秦线的主要运输机型,为实现大秦线年运量4.4亿吨煤炭运输任务发挥了重要作用.2010年5月以来,HXD1机车蓄电池鼓包变形及电池容量大幅降低故障增多,而同时期使用同一型号蓄电池的HXD2机车和SS4机车未发生类似问题.

2机车控制系统电源简介

HXD1型电力机车控制电源由每节机车的48节单体蓄电池组成一个96V的直流系统,向机车输送直流电.蓄电池单体额定电压为2V,10小时率容量（终止电压1.8V/单格）为170Ah.蓄电池作为机车上备用控制电源和起动电源,它与充电柜并联运行,其作用主要有以下三点：1）当机车起动时由蓄电池柜提供升弓、低压试验和照明用的低压电源；2）当运行中110V开关电源部分因故障切除时,由蓄电池柜提供维持机车故障运行的控制电源；3）与110V开关电源并联运行时起滤波和稳定控制电源的作用.

3HXD1型电力机车蓄电池壳体变形、亏电统计

HXD1型电力机车自2007年6月上线运用至今共发生蓄电池壳体鼓包变形5起、亏电的故障37起,严重影响了大秦线的正常运输秩序.

4蓄电池壳体变形与亏电原因分析

4.1典型案例概况

HXD10136机车使用DM-170蓄电池24只发生电池壳体变形严重.对反厂电池解剖分析,正极板伸长严重,电池内部电解液干涸,应为电池充电电流过大,温度升高,压力增大引起的蓄电池壳体变形.2010年8月30日HXD10173机车在卢龙北站等天窗来电后发生A节蓄电池亏电故障,8月31日机车回段后检查蓄电池状态,当时蓄电池放电电流10A,1小时后蓄电池电压即从101V下降为70V,说明蓄电池容量大幅降低.

4.2蓄电池壳体变形与亏电原因浅析

电池在充电的时候是将正负极板上的硫酸铅和电解液中的水进行化学反应,从而使正极板还原成氧化铅,负极板还原成纯铅,化学方程式如下：

当电池单格电压达到2.3V以上的时候,电池就会析出气体.当析气时,电池温度就会增高,使壳体材料强度下降,同时如果大量析气就会导致电池内部气体增多,压力增大,从而引起蓄电池壳体变形.

导致蓄电池析气的原因主要有蓄电池性能状态和充电柜参数与蓄电池是否不匹配.

4.2.1蓄电池本身问题

1）整组蓄电池内阻较大,无交流电时蓄电池带负载以后内阻分压增大,蓄电池端电压降低很多,此时蓄电池即使处于充满状态,由于端电压低于100.8V时,所以加上交流电以后充电机就以大电流均充的方式进行充电,引起电池组严重过充.由于长时间过充,引起电解液干涸,极板变形.

2）个别单体电池电阻大,尤其是新旧混合使用.当一块电池内阻过高的时候,当电流一定的情况下,电压就会很高（电压等于电流*内阻）.这样在充电过程中,整组电池还没有达到充电电压,内阻高的电池先开始析气,温度迅速升高.而此时充电柜仍然认为蓄电池组没有充满,继续以大电流恒流充电,从而加速了蓄电池析气与温升,促使蓄电池发生热失控而变形.

3）个别批次电池极板板栅和活性物质,杂质较多,使电池内部电解水的过电位降低,导致提前析气,最后电解液干涸,若此过程中安全阀开闭阀压力过高,无法正常打开,析出来的气体就会使电池鼓胀.

4.2.2充电柜充电参数与蓄电池状态匹配不良

按照HXD1机车维护手册要求,23.8A≤蓄电池充电电流≤25.5A（如图1）,而深圳通业公司生产的充电机充电电流上限为35A,两者相互违背,同时机务段技术人员发现目前HXD1机车在实际运用当中基本都在采用均衡充电方式,并且充电电流长时间维持在35A.按照机车维护手册说明,当蓄电池电压低于100.8V时,以均衡充电方式进行充电,充电电压115.2V,最大充电电流35A,当充电电流小于3.5A时转为浮充方式,浮充充电电压108V.所以充电机长时间大电流充电是造成蓄电池鼓包和容量、寿命大幅降低的主要原因.

5.采取的措施

从行业经验来考虑一般不采用均充方式充电,蓄电池有可能产生长时间充电不足的现象,根据蓄电池使用手册长时间充电不足会降低蓄电池的使用寿命.而从现场看充电机刚刚上交流电后几乎都是采用均充方式.同时,如果蓄电池的漏电流较大,充电电流一直都大于3.5A,充电方式无法转到浮充,下次加交流电时,充电机依然继续上一次的充电方式进行充电.鉴于上述原因,湖东电力机务段联系深通业公司更改了充电机进入均充的条件,不让充电机均充方式充电的次数过于频繁.于此同时对其他环节也进行了优化,具体修改如下：

1.均充电压由115.2V调整为110V

2.蓄电池充电电流由35A调整为25.5A

3、浮充充电电压：108V（2.25V/节）保持不变

4、进入浮充的转换电流：由3.5A调整为7A；

5、浮充转恒压限流模式的电压保持100.8V（2.1V/节）不变.

6结束语

自湖东电力机务段采取上述改进措施以来已经有效的遏制了HXD1型电力机车蓄电池壳体变形和亏电故障的发生,保证了机车质量和大秦线的运输安全.当然,在HXD1型电力机车等进口车型技术引进后在运用过程中还可能会遇到一些其他问题,需要积极的消化吸收和探索研究,不断的发现问题、解决问题,为大秦线年运量4.5亿吨运输任务的完成提供高质量的机车.

作者简介

高波,助理工程师,2007年毕业于兰州交通大学车辆工程（电力机车）专业,工学学士学位.