论文部分内容阅读
摘 要：蓄电池作为机车上备用控制电源和启动电源，它与控制电源柜并联运行，起着十分重要的作用。蓄电池一旦出现故障，将直接导致电力机车升不起受电弓、无法进行低压试验和提供照明用的低压电源。目前，C4级修后的HXD1C型电力机车蓄电池出现故障的质量问题频繁发生，本文针对这一问题对C4级修后的HXD1C型电力机车蓄电池故障现象进行了具体故障原因分析，并提出了解决该问题的办法。
关键词：HXD1C型机车；蓄电池；亏电；鼓包；C4级修
1 引言
目前，HXD1C型电力机车装车的蓄电池全部采用阀控式密封铅酸蓄电池，每节蓄电池标称电压2V，容量为170A.h。该阀控式密封铅酸蓄电池作为电力机车的直流电源，主要采用浮充电方式工作，其主要特点是使用过程无污染、常温和低温启动性能良好、绝缘性能优良以及荷电能力强等。但是，根据客户反馈的质量信息，C4级修后的HXD1C型电力机车运用不久便出现蓄电池故障，甚至出现整台车蓄电池鼓包、亏电的现象，影响到机车的正常运用，导致客户的不满。因此有必要对C4级修后的HXD1C型电力机车蓄电池故障进行研究分析，并提出解决办法，以降低蓄电池的故障率。
2 阀控式密封铅酸蓄电池的工作原理
铅酸蓄电池是一种化学电池，它的整个工作过程就是不断地放电和充电，充电时将电能转化为化学能在电池内储存起来，放电时将化学能转化为电能进行释放。其充电和放电过程是经过电化学反应完成的，其化学反应为：pbO2+pb+H2SO4=2pbSO4+2H2O，在充电时，在电能的作用下，转化为二氧化铅、铅和硫酸，也就是充电是电能转化为化学能的过程。放电时正极板接受了负极板送来的电子，铅离子由正4价变为正2价，与硫酸根接触生成难溶于水的硫酸铅，负极的铅由于输出两个电子，变成正2价，同样也生成硫酸铅。也就是说放电时有储存的化学能转化为电能。
3 HXD1C型电力机车蓄电池故障原因分析
经过对C4级修后的HXD1C型电力机车质量信息进行统计，蓄电池故障的主要形式表现为蓄电池鼓包、漏液、亏电等，发生故障的时间主要集中在C4级修后一年的时间内。由于《HXD1C型电力机车检修技术规程》（C1-C4修）只要求对蓄电池进行充电，检测容量不低于额定容量的80%，检测合格即可装车使用，故在机车C4级修检修时并未对蓄电池进行更新。因此，针对C4级修后出现的蓄电池故障质量问题需要从多方面进行原因分析，其中影响阀控式密封铅酸蓄电池的因素主要有：使用年限、新旧蓄电池混装、使用温度及充电电压、电池维护保养不到位等。
3.1使用年限的影响
阀控式密封铅酸蓄电池的正常寿命是4年，随着使用年限的增加，其内部电解液的饱和程度会下降，电压会趋于均匀，经过一段时间的运行后，其充放电形成的后期生成物将导致内阻的增加，加上蓄电池的自然损耗，最终蓄电池的实际容量将逐年下降，从而影响到蓄电池的性能，储存电能的能力变弱。
3.2新旧蓄电池混装的影响
对于不同使用年限的蓄电池进行混用时，在相同放电率和放电时间的条件下，就会出现旧电池放电深度更深。而在恢复充电时，由于新电池内阻相对较小，其充电效率较旧电池更加快，一旦新电池早于旧电池充足电后，整流器采集到的数据却依然有电流在充电，那么结果将是，高电压对于已充足电的电压而言，其作用只是作为电解水，电解水的结果是产生热以及电解液密度增加，几个循环后，新电池将加速老化而失效。而此时新电池与旧电池并联使用，在整流器仍然在充电的状态下，新电池也参与对旧电池的充电。综上所述，新旧电池混装有三种影响：一是内阻不一将造成充放电效率不一致；二是电池内部活性物质活化程度不一将造成极化不一致，在大电流放电情况下，容易出现瞬间放不出电的情况；三是在型号相同的情况下，由于生产时间跨度比较大，其生产现场的温度等外部因素控制及使用后期的影响，其新旧电池的电解液密度必定有所差异，而电解液密度是决定电池电压的最重要参数。将跨度比较长的新旧电池混装，将加速新电池的老化，而旧电池则容易造成欠充电，使电池硫酸盐化，经过一段时间的运行将由于容量问题而影响蓄电池性能，同时对后期的维护工作造成很大的不确定性。而在放电的过程中，由于新旧两组电池本身的容量和内阻相差较大，旧电池的电压降得比新电池要快，这样势必会造成在放电时，新电池既要给设备供电又要给旧电池供电，大大缩短新电池的寿命。
3.3使用温度及充电电压的影响
阀控式密封铅酸蓄电池最佳使用温度为25℃，蓄电池允许浮充使用和循环使用。其充电方法分两种：
浮充充电：限流17～25.5A，恒压2.25V/单体进行充电；
均衡充电：当蓄电池遇下列情况时，需进行均衡充电
1）蓄电池系统装车前，可对蓄电池组进行地面均衡充电；
2）蓄电池搁置超过3个月；
3）单体蓄电池开路电压低于2.1V 或蓄电池组浮充使用时单体蓄电池电压低于2.18V；
4）蓄电池组全浮充运行2个月；
5）蓄电池组每次放电使用后一般需及时进行补充电。
均衡充电的方法是，以恒压2.4V/单体、限定电流17～25.5A 充电，充电未期电流连续3小时保持不再下降可视为充电结束。
浮充充电与均衡充电均以常温25℃为基准，如环境温度不是25℃时，应按表1蓄电池充电电压值及限流值进行电压调整：
由表1及表2可知，HXD1C型电力机车蓄电池在额定输出充电电壓115.2 V和额定浮充电108.0V时，其对应的最佳环境温度值为20℃-29℃，但经验证HXD1C型电力机车在运行时机械间内的实际温度都要超过29℃，夏季高温时机械间内的温度甚至高达40℃，已超过正常蓄电池浮充电压时对应的温度范围，蓄电池已进入过充状态，当密封蓄电池处于过充状态时，没有纯化学反应，几乎所有过充的能量都转化为热能，当热量的升高率超过了散热率时，蓄电池的温度就会升高并且需要更大的电流来维持充电电压，额外的电流又引起化合反应和热量的产生，从而进一步使蓄电池温度升高，并如此往复，影响到蓄电池的整体性能。
4 HXD1C型电力机车蓄电池故障的整改措施
一是根据单节电池的内阻和容量应该进行严格的配组，避免容量相差较大的蓄电池进行拼装，特别是新旧电池的搭配、混装时，同一台机车的蓄电池生产时间相差不能超过一年。二是机车蓄电池避免长时间、大电流充电或放电，因为这样会使电池温度急剧上升、电池发生膨胀鼓包，电池的极板硫化速度也会加快，电池充放电电流越大，其循环使用的次数就越少，对电池的使用寿命影响非常大。在机车检修完成后无火回送的过程中，尽可能少用照明电器，避免无火回送的过程中蓄电池亏电严重充不进电。三是定期对蓄电池进行保养，蓄电池在使用一定时间后，应对蓄电池进行充电、检查，如观察其外观是否异常，测量各电池电压是否均匀等。四是改善蓄电池柜的通风散热条件，降低电池环境温度，确保蓄电池工作在比较适宜的温度。
5 结束语
总之，对HXD1C型电力机车蓄电池故障进行原因分析很有意义，通过制定相应的整改措施，不仅可以降低蓄电池的故障率，同时使蓄电池能够延长使用寿命或在寿命期内更好地发挥作用，以节约检修成本。
参考文献
[1]南车株洲电力机车有限公司.蓄电池柜检修手册[1.0]，株洲：南车株洲电力机车有限公司.
[2]深圳市通业发展有限公司.TGY03型电源柜检修手册[1.0]，深圳：深圳市通业发展有限公司.
[3]张晓波，徐宝堂，王净泉.铁路机车车辆用阀控式密封铅酸蓄电池[TB/T3061-2002]，2002.
关键词：HXD1C型机车；蓄电池；亏电；鼓包；C4级修
1 引言
目前，HXD1C型电力机车装车的蓄电池全部采用阀控式密封铅酸蓄电池，每节蓄电池标称电压2V，容量为170A.h。该阀控式密封铅酸蓄电池作为电力机车的直流电源，主要采用浮充电方式工作，其主要特点是使用过程无污染、常温和低温启动性能良好、绝缘性能优良以及荷电能力强等。但是，根据客户反馈的质量信息，C4级修后的HXD1C型电力机车运用不久便出现蓄电池故障，甚至出现整台车蓄电池鼓包、亏电的现象，影响到机车的正常运用，导致客户的不满。因此有必要对C4级修后的HXD1C型电力机车蓄电池故障进行研究分析，并提出解决办法，以降低蓄电池的故障率。
2 阀控式密封铅酸蓄电池的工作原理
铅酸蓄电池是一种化学电池，它的整个工作过程就是不断地放电和充电，充电时将电能转化为化学能在电池内储存起来，放电时将化学能转化为电能进行释放。其充电和放电过程是经过电化学反应完成的，其化学反应为：pbO2+pb+H2SO4=2pbSO4+2H2O，在充电时，在电能的作用下，转化为二氧化铅、铅和硫酸，也就是充电是电能转化为化学能的过程。放电时正极板接受了负极板送来的电子，铅离子由正4价变为正2价，与硫酸根接触生成难溶于水的硫酸铅，负极的铅由于输出两个电子，变成正2价，同样也生成硫酸铅。也就是说放电时有储存的化学能转化为电能。
3 HXD1C型电力机车蓄电池故障原因分析
经过对C4级修后的HXD1C型电力机车质量信息进行统计，蓄电池故障的主要形式表现为蓄电池鼓包、漏液、亏电等，发生故障的时间主要集中在C4级修后一年的时间内。由于《HXD1C型电力机车检修技术规程》（C1-C4修）只要求对蓄电池进行充电，检测容量不低于额定容量的80%，检测合格即可装车使用，故在机车C4级修检修时并未对蓄电池进行更新。因此，针对C4级修后出现的蓄电池故障质量问题需要从多方面进行原因分析，其中影响阀控式密封铅酸蓄电池的因素主要有：使用年限、新旧蓄电池混装、使用温度及充电电压、电池维护保养不到位等。
3.1使用年限的影响
阀控式密封铅酸蓄电池的正常寿命是4年，随着使用年限的增加，其内部电解液的饱和程度会下降，电压会趋于均匀，经过一段时间的运行后，其充放电形成的后期生成物将导致内阻的增加，加上蓄电池的自然损耗，最终蓄电池的实际容量将逐年下降，从而影响到蓄电池的性能，储存电能的能力变弱。
3.2新旧蓄电池混装的影响
对于不同使用年限的蓄电池进行混用时，在相同放电率和放电时间的条件下，就会出现旧电池放电深度更深。而在恢复充电时，由于新电池内阻相对较小，其充电效率较旧电池更加快，一旦新电池早于旧电池充足电后，整流器采集到的数据却依然有电流在充电，那么结果将是，高电压对于已充足电的电压而言，其作用只是作为电解水，电解水的结果是产生热以及电解液密度增加，几个循环后，新电池将加速老化而失效。而此时新电池与旧电池并联使用，在整流器仍然在充电的状态下，新电池也参与对旧电池的充电。综上所述，新旧电池混装有三种影响：一是内阻不一将造成充放电效率不一致；二是电池内部活性物质活化程度不一将造成极化不一致，在大电流放电情况下，容易出现瞬间放不出电的情况；三是在型号相同的情况下，由于生产时间跨度比较大，其生产现场的温度等外部因素控制及使用后期的影响，其新旧电池的电解液密度必定有所差异，而电解液密度是决定电池电压的最重要参数。将跨度比较长的新旧电池混装，将加速新电池的老化，而旧电池则容易造成欠充电，使电池硫酸盐化，经过一段时间的运行将由于容量问题而影响蓄电池性能，同时对后期的维护工作造成很大的不确定性。而在放电的过程中，由于新旧两组电池本身的容量和内阻相差较大，旧电池的电压降得比新电池要快，这样势必会造成在放电时，新电池既要给设备供电又要给旧电池供电，大大缩短新电池的寿命。
3.3使用温度及充电电压的影响
阀控式密封铅酸蓄电池最佳使用温度为25℃，蓄电池允许浮充使用和循环使用。其充电方法分两种：
浮充充电：限流17～25.5A，恒压2.25V/单体进行充电；
均衡充电：当蓄电池遇下列情况时，需进行均衡充电
1）蓄电池系统装车前，可对蓄电池组进行地面均衡充电；
2）蓄电池搁置超过3个月；
3）单体蓄电池开路电压低于2.1V 或蓄电池组浮充使用时单体蓄电池电压低于2.18V；
4）蓄电池组全浮充运行2个月；
5）蓄电池组每次放电使用后一般需及时进行补充电。
均衡充电的方法是，以恒压2.4V/单体、限定电流17～25.5A 充电，充电未期电流连续3小时保持不再下降可视为充电结束。
浮充充电与均衡充电均以常温25℃为基准，如环境温度不是25℃时，应按表1蓄电池充电电压值及限流值进行电压调整：
由表1及表2可知，HXD1C型电力机车蓄电池在额定输出充电电壓115.2 V和额定浮充电108.0V时，其对应的最佳环境温度值为20℃-29℃，但经验证HXD1C型电力机车在运行时机械间内的实际温度都要超过29℃，夏季高温时机械间内的温度甚至高达40℃，已超过正常蓄电池浮充电压时对应的温度范围，蓄电池已进入过充状态，当密封蓄电池处于过充状态时，没有纯化学反应，几乎所有过充的能量都转化为热能，当热量的升高率超过了散热率时，蓄电池的温度就会升高并且需要更大的电流来维持充电电压，额外的电流又引起化合反应和热量的产生，从而进一步使蓄电池温度升高，并如此往复，影响到蓄电池的整体性能。
4 HXD1C型电力机车蓄电池故障的整改措施
一是根据单节电池的内阻和容量应该进行严格的配组，避免容量相差较大的蓄电池进行拼装，特别是新旧电池的搭配、混装时，同一台机车的蓄电池生产时间相差不能超过一年。二是机车蓄电池避免长时间、大电流充电或放电，因为这样会使电池温度急剧上升、电池发生膨胀鼓包，电池的极板硫化速度也会加快，电池充放电电流越大，其循环使用的次数就越少，对电池的使用寿命影响非常大。在机车检修完成后无火回送的过程中，尽可能少用照明电器，避免无火回送的过程中蓄电池亏电严重充不进电。三是定期对蓄电池进行保养，蓄电池在使用一定时间后，应对蓄电池进行充电、检查，如观察其外观是否异常，测量各电池电压是否均匀等。四是改善蓄电池柜的通风散热条件，降低电池环境温度，确保蓄电池工作在比较适宜的温度。
5 结束语
总之，对HXD1C型电力机车蓄电池故障进行原因分析很有意义，通过制定相应的整改措施，不仅可以降低蓄电池的故障率，同时使蓄电池能够延长使用寿命或在寿命期内更好地发挥作用，以节约检修成本。
参考文献
[1]南车株洲电力机车有限公司.蓄电池柜检修手册[1.0]，株洲：南车株洲电力机车有限公司.
[2]深圳市通业发展有限公司.TGY03型电源柜检修手册[1.0]，深圳：深圳市通业发展有限公司.
[3]张晓波，徐宝堂，王净泉.铁路机车车辆用阀控式密封铅酸蓄电池[TB/T3061-2002]，2002.