深度剖析SS3型電力機車制動電阻帶燒損

      摘 要：對SS3型制動電阻原理及制動電阻柜基本結構解釋說明，并對近兩年制動電阻帶燒損的部位統計匯總，分析故障發生的原因，提出針對性的改進措施。

　　關鍵詞：電力機車制動電阻帶； 燒損； 剖析；
　　
      一、問題提出
　　2009年，迎水橋機務段SS3型電力機車共落修制動電阻柜147臺，月均12.25臺，落修率極高。經統計燒損部位，電阻帶引出線焊接部位燒損77件，占總數的87.5﹪，為燒損的主要因素；電阻帶片間變形短路燒損2件，占總數的2.27﹪；制動電阻帶組間竄動短路燒損4件，占總數的4.55﹪；機車復檢時發現制動電阻帶引出線開裂的5件，占總數的5.68﹪，因落修率較高，影響機車質量及機車安全運行，同時給機車檢修帶來了極大的困難。
　　
      二、制動電阻帶結構及基本原理
　　蘭州鐵路局迎水橋機務段配屬電力機車207臺，主要為SS34000型及SS3B固定重聯機車兩種電力車型，其中SS34000型電力機車159臺，SS3B固定重聯機車48臺。該兩種車型除使用空氣制動機系統外，還裝有電阻制動系統，供列車在長大坡道下坡制動使用。利用牽引電機的可逆性，機車在電阻制動工況時，牽引電機呈發電機工況，將列車的動能與位能轉變為電能，此時，發電機的轉矩為制動轉矩，發電機所產生的電能全部消耗在制動電阻帶上而變為熱能。
　　
      1、基本結構
　　SS34000型電力機車共配置兩臺TZZ4型制動電阻柜， SS3B固定重聯機車配置了4臺TZZ4型制動電阻柜。每個制動電阻柜共18個電阻元件，分為左中右3排，每排分為6層，每排6個元件用軟銅編織線線首尾串聯形成一個電阻段，每排自成一個獨立的電阻段，每個電阻元件用4個支持絕緣瓷瓶安裝在骨架上，骨架的前后在左右加蓋封板，形成上下通風道。在電阻元件的四周加裝擋風板（3mm厚環氧玻璃布板），使得冷卻風量集中吹到電阻帶上，而不在無效的空間損失掉。電阻元件作為電阻柜的核心，主要有電阻帶、雙頭螺紋方鋼、高鋁瓷夾和前后金屬支板組成，高鋁瓷夾套裝在方鋼上，6根方鋼分上下兩層用螺母固定在前后金屬支板上，電阻帶上下邊緣就嵌在瓷夾的槽中而受到支撐電阻帶首尾引線頭穿過小瓷套引出金屬支板外，電阻帶采用0.57*65電阻合金帶N40（Cr20Ni35），繞制成波浪形，弓38折，每折長度478mm，每折電阻片上沖有20個魚鱗狀的通風口，彎頭圓弧部分也沖有兩個通風窗口，使得流動空氣在窗口附近形成紊流，電阻帶散熱性能提高了20%左右。
　　
      2、制動電阻電路原理
　　機車電阻制動時，主電路通過兩位置轉換開關1、2WH置“制動”位接成他勵發電機電路。實現6臺牽引電機主極全串聯，勵磁電空接觸器閉合， 1ZGZ中的T17、T18、D13、D14勵磁整流橋作為勵磁電源向他勵主極繞組電路提供勵磁電源，此時各牽引電機M1-M6電樞與相應的制動電阻1-6ZR串聯，每 一轉向架3臺并聯同主整流橋T11、T21、D11、D12（T21、T22、D21、D22）組成各自獨立的制動電路，制動時將列車的動能轉化為電能，并由作為負載的制動電阻將電能轉變為熱能排向大氣消耗，達到減速和限速的目的。
　　
      三、原因分析
　　通過對我段落修電阻帶故障部位進行重點分析，發現故障原因主要包括以下方面:
　　1、引出線焊接部位燒損
　　我段落修的電阻帶以引出線焊接部位燒損居多，通過對焊接部位焊接方式的匯總統計，主要有以下幾種焊接形式：
　　⑴、焊接部位無通風槽： 圖2
　　⑵、焊接部位有通風槽： 圖3
　　⑶、雙層加長焊接： 圖4
　　以上三種焊接方式，均易出現在焊接部位振動斷裂，引出線斷裂后，電阻片的截面積減少1/3，在較大的制動電流作用下，將很快過熱燒損。對于引出線的燒損，全部是在焊接部位側，其并非焊接不良引起，而是由于電阻片振動造成引出線疲勞，逐步折斷，最后致使燒損。
　　
      2、組間短路：部分電阻帶由于組間竄動，造成組間短路燒損，此項原因引起的燒損產生的后果最為嚴重，往往造成兩整組電阻元件全部過熱，至少6片以上的電阻元件燒損而不能使用。
　　
      3、片間短路：由于電阻片受熱變形，片間搭接短路燒損，此種燒損一般集中在某一個電阻元件，燒損產生的后果較前兩種有所減輕。
　　
      4、絕緣瓷件爬電短路：由于制動電阻帶施行狀態修，長時間使用，瓷件粘附的灰塵較多，特別是在空氣潮濕或溫差較大的環境下使用電阻制動，瓷件容易因太臟和冷卻后受潮而引起片間短路、放電燒損。
　　
      四、改進措施
　　1、由于絕大多數是由于電阻帶引出線焊接部位側燒損，從目前我段使用過的電阻片制作工藝來看，電阻片引出線采用“U”型焊接方式（如下圖），極大的緩沖了電阻片振顫引起引出線疲勞、折損，從實際使用來看，引出線燒損問題極大地得到了解決。
　　
      2、我段通過在每片電阻帶的每個中間瓷件連接處進行“打彎折”的方法，使得瓷件與電阻片之間的相對位移減小，從而達到杜絕由于組間短路引起電阻帶燒損問題目的。
　　
      五、實施效果
　　通過不斷摸索與廠家的合作，我段正式確定改進方案并建議廠家使用“U”型焊接出線槽后，2011年我段制動電阻帶落修率大幅較少，從而有效的保證了機車安全運行及質量，同時減小了機車檢修勞動強度。