電力機車用蓄電池組故障原因分析

摘要：隨著我國交通事業的發展，電力機車的安全運行和電力系統管理已經形成了較為完善的體系，但是就當前的電力機車蓄電池運行狀態來看，依舊會存在部分問題。因此，本文便以探究電力機車蓄電池故障原因為目的展開分析，首先闡述了電力機車用蓄電池故障的影響。其次，分析了當前電力機車用蓄電池出現的故障類型及其成因。再次分析了如何利用技術手段進行優化，意在通過本文論述能夠進一步提升電力機車用蓄電池的系統質量從而確保電力機車的安全穩定運行。

關鍵詞：電力機車;蓄電池組;故障原因;優化措施

0 ?引言

電力機車的蓄電池組主要為機車的運行提供后備電源服務，能夠作為控制電路進行使用[1]。因此一旦蓄電池組發生故障，如果機車正在正常運行，那么便會對機車的制動以及正常操作產生極為嚴重的影響。因此全面分析電力機車蓄電池組故障以及產生的原因，并且利用技術手段進行優化升級，不僅是本文論述的重點內容，也是鐵路運行安全保障工作落實過程中需要注重的首要任務。

1 ?電力機車蓄電池組故障的影響

當前我國最常見的電力機車蓄電池組主要為GN型的鎘鎳堿性蓄電池[2]，該種類型的蓄電池每節標準的電壓為1.25V，蓄電池組總共由74個單節蓄電池組成，標準電壓為92.5V。也有部分蓄電池為DM型的鉛酸蓄電池，該種類型的蓄電池單節的標準電壓為2V，整體的蓄電池組由48個單體的蓄電池組成，標準電壓控制在96V。在電力級車運行的過程中，蓄電池組會與機車上原本的電力系統進行并聯，機車內部電力系統中的直流電源會直接向蓄電池組進行供電，在這個過程中蓄電池組起到了電容的作用，能夠穩定直流電源的電壓和穩定性。一旦蓄電池組的性能下降或停止運行，若及時的經過檢查并進行維修，故障的影響力會大大下降，但是若蓄電池組發生故障，恰巧是在電力機車運行的過程中，便有可能出現接地電路受損、過熱損傷等情況，嚴重則將會出現機破故障。

另外如果在電力機車運行速度較高的時候，已經通過了慣性越過了八跨，這時候想要維持正常的運行就要由相關的工作人員進入到高壓室內進行人為合閘和人為升弓，這些操作具備極強的復雜性，無法單獨由機車司機完成，因此當電力機車蓄電池組發生故障的時候，便會影響司機的工作狀態，降低瞭望的有效性和安全性，也威脅了電力機車的運行安全。

另外，由于當前大部分的電力機車均會使用真空斷路器。該種斷路器在失去控制電源之后，其控制線圈喪失電流便會出現自動分段的情況，這種情況無法利用人工手動合閘的方式進行恢復，因此在真空斷路器失去工作性能的過程中，便會導致機破現象的發生。

因此我們可以發現蓄電池組針對電力機車來講是極為重要的控制電源，一旦蓄電池組發生故障，便會直接影響到電力機車的運行狀態和安全性能，因此分析蓄電池組發生的故障類型及原因是進行優化整改的重要依據。

2 ?電力機車蓄電池組故障及原因

在分析蓄電池組故障之前，我們首先來分析當前常見兩種類型蓄電池組的內部結構。首先，GN型的鎘鎳堿性蓄電池，其負極的活性物質以鎘為主，正極的活性物質以多孔性鎳為主，電解液主要以KOH以及NAOH為主。Dm型的鉛酸蓄電池，其負極的活性物質主要利用了低價絨狀鉛物質，正極的活性物質利用了多孔隙的氧化鉛物質，正極與負極配組的數量為16：17，正極板的板柵較為粗大，排列較為密集，活性物質主要以棕色的pdo2為主，負極板的板柵較細，排列較為稀疏，主要以深灰色的pd為主。當蓄電池組發生故障時，經常表現為電池組性能失效、電容量大幅度降低以及電壓過低等情況，常見的故障類型如以下幾個方面所示。

首先，當鉛酸型的蓄電池產生性能失效以及電壓過低等故障時，最主要的產生原因通常與極板上的活性物質有關。例如活性物質脫落，反應物質的數量減少，這會導致極板之間的充放電功能受到阻礙。同時電解液的失水比例較大，液體內部的硫酸濃度提升，這將導致正極板以及負極板之間的吸附能力減小。另外當蓄電池組的充電不足時，也會導致電極板的硫酸化，當充電時流過大或者電壓沖擊力過強會導致電池組的殼體受熱產生鼓包變形現象。同時正極性的相關物質失效過早也會導致電池組無法正常運行。

其次，當鎘鎳堿性的蓄電池出現性能失效以及電壓過低等故障時，主要是由電解液的比重不符合標準導致的。同時也與電解液的濃度、成分調整有關，再者，當電池組內的氣塞堵塞時，也會出現運行性能失效等情況。

再次，當蓄電池組在運行過程中出現了接地故障以及過熱燒損等情況時，主要與以下幾個方面有關：蓄電池組內部的連接導線在不良的運行環境中受到了酸堿物質的腐蝕，出現大量的銅銹情況，從而導致導線的性能下降，在長時間的運行中受到外界振動的影響，出現了導線斷股甚至斷裂;另外當蓄電池內部的極柱出現了斷裂或者是松動時，也會出現內部開路情況;同時蓄電池組內部的單節電池質量有缺陷、殼體破裂或者內阻過大時，也會出現由單體質量過差導致的整體蓄電池組故障。

3 ?電力機車蓄電池組故障優化辦法

在制定電力機車蓄電池組故障優化辦法的前期，首先要培養電力機車司機正確判斷故障的方式，如果在機車正常運行的過程中，出現了全車控制電源失效，列車管以及制動管的壓力出現了反比上升的情況，便可以初步斷定是電力機車的蓄電池組出線了開路故障，因此針對該種情況，機車司機可以采取以下相關措施。

3.1 基礎處理方式

首先，要緩解機車的制動缸壓力，即將空氣制動閥的把手轉換至緩解位，壓下手柄，其次將調壓閥調整至53左右，將列車管的定壓調整為500-600kpa，且需要在整體的故障期間都要將制動機定位在空氣位。

其次，當機車處于接觸網范圍時，要檢查蓄電池的閉合開關是否處于跳開狀態，若跳開則人為進行恢復。并且檢查主斷路器的狀態，若處于斷開狀態時，則需要進行人為合閘。將門聯鎖保護閥進行人為關閉，并且針對電子預備柜的運行狀態進行檢測，可以根據顯示屏的顯示信息進行操作。

如果機車已經在站內的側線停車后，需要根據相關操作規定進行機車防護，首先要及時的斷開蓄電池的保險裝置，在下車前要關好總風缸閥門。利用試燈檢測機車的蓄電池箱是否存在開路故障，主要方式為：將試燈與蓄電池兩側的引線進行對接，若燈亮則表示內部的運行狀態正常，若燈不亮，則檢查接觸狀況，若接觸狀況和接觸手法完好，則表示蓄電池箱內部存在開路情況。

詳細的處理措施如下，利用規定的工具將進行開箱，首先要檢查蓄電池組的導線是否完好，發現導線斷開后要及時的利用專業手法進行鏈接，鏈接之后繼續利用程序規定進行檢測，若依舊存在故障，則需要針對性的檢測單體蓄電池以及內部系統是否存在故障。

3.2 智能化系統開發

電力機車的蓄電池組運行狀況與交通的安全管制有著極強的聯系，因此結合當前的現代化技術，積極的制定智能化系統開發方案，對于優化蓄電池故障處理體系有著極強的促進作用。

當前我國已經形成了在線監測系統，主要在線監測蓄電池組的電壓、運行溫度、主處理器運行狀態、內阻值等，由蓄電池監護系統、傳感器、控制模塊以及隔離電路等結構組成[3]。

在選擇在線監控系統的相關構件時，主要的主機處理器利用了ARM-coreX3，不僅能夠保存相關的運行數據，也有極為豐富的儲存容量，能夠實時準確的接收監護模塊所監測的電池溫度、運行狀態以及電壓等數據，并且結合相關的數據來判斷電池組的基本狀態信息。另外具備實時監測系統的處理器也能夠進行自檢，進一步保障系統本身的質量，才能夠提供蓄電池組的實時監控。

另外維持智能化監測系統運行的主要以控制模塊為主?？刂颇K的主要運行原理為IGBT通斷技術，該技術能夠實時監測蓄電池組的電量，并且當電量達到了一定限值時，控制模塊便會啟動驅動系統，斷開供電回路，從而進一步降低蓄電池組虧電現象的發生。

另外為了進一步提升系統監測運行的穩定性，還需要不斷利用預防的手段來調整電壓度芯片產生的沖擊力，通常在信號輸入端并聯5V的穩壓管，不僅能夠進一步提升信號的精度和強度，也能夠有效減輕外部濾波器對信號傳輸的影響，不僅能夠降低信號傳輸的噪聲，也能夠進一步起到抗干擾的作用。

在該系統軟件實際設計的過程中，通常利用處理器將相關命令代碼進行輸送，首先要解讀電池組的電壓，溫度，電流等數據，啟動自動監測系統。其次，根據系統最開始設定的相關數據限值，對蓄電池的溫度、內阻、電壓等數據進行自主的分析和判斷。再次將所采集到的相關數據進行儲存，并且將其與報警的限值數據進行對比分析。同時進行自檢和數據的校驗，主要利用系統自檢通訊信息自檢以及測量自檢的方式來執行質量檢測，保證系統具備自我狀態評估。

在實現了系統的上述功能后，整體的監測系統便可以有效對電力機車蓄電池的內部電流、運行電壓、運行溫度以及內阻值等相關參數進行全面的實時在線監測和統計。并且利用評估模塊來實現蓄電池運行狀態的分析。另外也可以針對外界環境的相關溫度進行檢測，來確定蓄電池在該環境下應該進行怎樣的運行方案調整。同時，也能夠有效保存蓄電池組運行中的相關動態數據，為優化故障信息提供相關的依據。由此實現了智能化的電力機車蓄電池組質量監測的目的。

4 ?結束語

綜上所述，蓄電池組對于電力機車來講是極為重要的，控制電源也是影響電力機車安全運行的關鍵部分。因此本文著重從技術手段論述了蓄電池組容易發生的開路問題、過熱燒損、接地故障、電壓過低以及容量下降等問題，并分析了其成因，同時也針對蓄電池組的運行需求提出了優化措施，綜合管理手段以及智能化的監控體系進行優化升級，也希望在未來的電力機車蓄電池組維修工作中，能夠加強養護，制定新型的技術和措施，不斷降低故障發生的幾率，從而進一步豐富電力機車是電池組的維護運營體系。

參考文獻：

[1]吳曉燕.電力機車用蓄電池充電機充電特性與故障分析[J].技術與市場，2017，24（09）：5-9.

[2]程建.蓄電池電力工程車牽引蓄電池故障分析[J].電力機車與城軌車輛，2017，40（01）：76-78.

[3]盧振方.HX_D3型機車常見故障分析及對策[J].電力機車與城軌車輛，2011，34（05）：79-81.

作者簡介：陳全紅（1968-），男，內蒙古豐鎮人，工程師，本科，主要研究方向為電力機車電機電器。