深度剖析SS3型电力机车制动电阻带烧损

      摘 要：对SS3型制动电阻原理及制动电阻柜基本结构解释说明，并对近两年制动电阻带烧损的部位统计汇总，分析故障发生的原因，提出针对性的改进措施。

　　关键词：电力机车制动电阻带； 烧损； 剖析；
　　
      一、问题提出
　　2009年，迎水桥机务段SS3型电力机车共落修制动电阻柜147台，月均12.25台，落修率极高。经统计烧损部位，电阻带引出线焊接部位烧损77件，占总数的87.5﹪，为烧损的主要因素；电阻带片间变形短路烧损2件，占总数的2.27﹪；制动电阻带组间窜动短路烧损4件，占总数的4.55﹪；机车复检时发现制动电阻带引出线开裂的5件，占总数的5.68﹪，因落修率较高，影响机车质量及机车安全运行，同时给机车检修带来了极大的困难。
　　
      二、制动电阻带结构及基本原理
　　兰州铁路局迎水桥机务段配属电力机车207台，主要为SS34000型及SS3B固定重联机车两种电力车型，其中SS34000型电力机车159台，SS3B固定重联机车48台。该两种车型除使用空气制动机系统外，还装有电阻制动系统，供列车在长大坡道下坡制动使用。利用牵引电机的可逆性，机车在电阻制动工况时，牵引电机呈发电机工况，将列车的动能与位能转变为电能，此时，发电机的转矩为制动转矩，发电机所产生的电能全部消耗在制动电阻带上而变为热能。
　　
      1、基本结构
　　SS34000型电力机车共配置两台TZZ4型制动电阻柜， SS3B固定重联机车配置了4台TZZ4型制动电阻柜。每个制动电阻柜共18个电阻元件，分为左中右3排，每排分为6层，每排6个元件用软铜编织线线首尾串联形成一个电阻段，每排自成一个独立的电阻段，每个电阻元件用4个支持绝缘瓷瓶安装在骨架上，骨架的前后在左右加盖封板，形成上下通风道。在电阻元件的四周加装挡风板（3mm厚环氧玻璃布板），使得冷却风量集中吹到电阻带上，而不在无效的空间损失掉。电阻元件作为电阻柜的核心，主要有电阻带、双头螺纹方钢、高铝瓷夹和前后金属支板组成，高铝瓷夹套装在方钢上，6根方钢分上下两层用螺母固定在前后金属支板上，电阻带上下边缘就嵌在瓷夹的槽中而受到支撑电阻带首尾引线头穿过小瓷套引出金属支板外，电阻带采用0.57*65电阻合金带N40（Cr20Ni35），绕制成波浪形，弓38折，每折长度478mm，每折电阻片上冲有20个鱼鳞状的通风口，弯头圆弧部分也冲有两个通风窗口，使得流动空气在窗口附近形成紊流，电阻带散热性能提高了20%左右。
　　
      2、制动电阻电路原理
　　机车电阻制动时，主电路通过两位置转换开关1、2WH置“制动”位接成他励发电机电路。实现6台牵引电机主极全串联，励磁电空接触器闭合， 1ZGZ中的T17、T18、D13、D14励磁整流桥作为励磁电源向他励主极绕组电路提供励磁电源，此时各牵引电机M1-M6电枢与相应的制动电阻1-6ZR串联，每 一转向架3台并联同主整流桥T11、T21、D11、D12（T21、T22、D21、D22）组成各自独立的制动电路，制动时将列车的动能转化为电能，并由作为负载的制动电阻将电能转变为热能排向大气消耗，达到减速和限速的目的。
　　
      三、原因分析
　　通过对我段落修电阻带故障部位进行重点分析，发现故障原因主要包括以下方面:
　　1、引出线焊接部位烧损
　　我段落修的电阻带以引出线焊接部位烧损居多，通过对焊接部位焊接方式的汇总统计，主要有以下几种焊接形式：
　　⑴、焊接部位无通风槽： 图2
　　⑵、焊接部位有通风槽： 图3
　　⑶、双层加长焊接： 图4
　　以上三种焊接方式，均易出现在焊接部位振动断裂，引出线断裂后，电阻片的截面积减少1/3，在较大的制动电流作用下，将很快过热烧损。对于引出线的烧损，全部是在焊接部位侧，其并非焊接不良引起，而是由于电阻片振动造成引出线疲劳，逐步折断，最后致使烧损。
　　
      2、组间短路：部分电阻带由于组间窜动，造成组间短路烧损，此项原因引起的烧损产生的后果最为严重，往往造成两整组电阻元件全部过热，至少6片以上的电阻元件烧损而不能使用。
　　
      3、片间短路：由于电阻片受热变形，片间搭接短路烧损，此种烧损一般集中在某一个电阻元件，烧损产生的后果较前两种有所减轻。
　　
      4、绝缘瓷件爬电短路：由于制动电阻带施行状态修，长时间使用，瓷件粘附的灰尘较多，特别是在空气潮湿或温差较大的环境下使用电阻制动，瓷件容易因太脏和冷却后受潮而引起片间短路、放电烧损。
　　
      四、改进措施
　　1、由于绝大多数是由于电阻带引出线焊接部位侧烧损，从目前我段使用过的电阻片制作工艺来看，电阻片引出线采用“U”型焊接方式（如下图），极大的缓冲了电阻片振颤引起引出线疲劳、折损，从实际使用来看，引出线烧损问题极大地得到了解决。
　　
      2、我段通过在每片电阻带的每个中间瓷件连接处进行“打弯折”的方法，使得瓷件与电阻片之间的相对位移减小，从而达到杜绝由于组间短路引起电阻带烧损问题目的。
　　
      五、实施效果
　　通过不断摸索与厂家的合作，我段正式确定改进方案并建议厂家使用“U”型焊接出线槽后，2011年我段制动电阻带落修率大幅较少，从而有效的保证了机车安全运行及质量，同时减小了机车检修劳动强度。