韶山3B型电力机车变流装置半导体元件故障分析及防止措施

[摘 要]通过对SS3B型电力机车变流装置原理结构分析，联系变流装置元件易烧损的问题，提出合理有效防止措施。

[关键词]变流装置；故障分析；防止措施；选配方法

中图分类号：TQ1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）23-0210-01

一、TGZ11型变流装置

（一） TGZ11型变流装置的结构组成

TGZ11-3300/1550型变流装置由大功率整流二极管和晶闸管、触发脉冲输出部分、快速熔断器、RC保护、安装构架、汇流母排以及控制导线组成。每台机车的整流装置有Ⅰ端整流柜和Ⅱ端整流柜组成，每个整流柜组成一个独立的三段不等分半控桥，向一个转向架3台并联工作的牵引电动机供电。

（二） TGZ11-3300/1550型变流装置的工作原理

韶山3B型电力机车整流装置采用不等分三段顺控桥，可实现整流和无级相控调压，持续工况运行它具有多段桥的优点，有利提高功率因数，减少谐波成分。它具有以下功能：1、把交流电变为直流电供给牵引电动机；2、进行平滑调压；3、供给制动励磁电流，并可平滑调节该电流。

（三） 整流装置的均流、均压保护

1.均流

整流装置的主桥臂由三个并联支路组成，通过各并联支路的电流不会完全一样，因此总装时，各并联支路要按照整流管的正向压降或晶闸管的通态电压进行编组，对于只串联1个晶闸管的，在每个晶闸管支路串联1只由磁环构成的均流电抗器，从而达到动态均流的作用。

2.均压

为使串联元件承受的电压分配均匀，即所谓均压，通常在每个串联元件的两端并联均压电阻即30KΩ、30W的线绕电阻。为使串联元件动态均压，在每只整流管和晶闸管两端并联1μF的电容器、22Ω电阻作为动态均压用。

二、半导体元件烧损原因分析

厂修后的电力机车在各机务段的运用中因变流装置的晶闸管和二极管击穿而造成事故时有发生，针对此类故障进行如下分析：

（一） 机车运用一段时间后，整流元件的特性会发生变化，元件降级老化，正向压降会偏离原始出厂参数，使得整流元件的正向特性差异日渐明显，使得各并联支路的电流差增大，均流系数降低，长时间不均流，造成流过大电流支路的半导体元件过载而损坏。

（二） 整流元件与散热体之间的压紧力降低，直接影响元件的正向特性，压力变小会使元件的正向压降增大，通电后因温升过高，有可能超过元件允许最高结温而烧坏元件。

（三） 过电压保护失效即阻容保护装置失效，当半导体元件从正向导通过渡到恢复反向阻断时，产生一个很大的换相过电压，远远大于其能承受的正常反向电压，如果并联在元件两端的阻容保护装置能正常工作，可以抑制过电压，否则元件很可能会被击穿，造成变流装置损坏。

（四） 厂修机车到段运用一段时间后，在一个大修期内，对于晶闸管和二极管散热片的清理不及时不彻底，使散热片间积灰和杂物较多，散热降低或失效，使得半导体元件的壳温过高，造成半导体元件过热而烧损，致使变流装置损坏。

（五） 硅元件间的联接是通过联结铜排和铜软联线进行联接的，其上的联接螺栓会因长时间通过大电流而发热及电磁力的作用和机车的振动等影响，紧固力发生变化，使得硅元件联接处的接触电阻发生变化，导致桥臂支路间的电流不均而烧损硅元件。

（六） 不同金属材料间的接触导致金属反应产生电腐蚀现象，造成硅元件电阻增大而过热烧损，或造成并联支路电流不均而烧损。整流装置硅元件的散热器为金属铝材质，而与其相联结的铜排和硅元件管壳为金属铜材质，这两种不同金属的材料相互联结后，长时间工作在大电流的状态下不可避免地产生金属间反应，致使两种不同金属材料间的接触而产生电腐蚀，使得接触面产生麻坑，即在硅元件的接线端和硅元件的管壳与散热器的接触面产生麻坑。最终导致整个硅元件管芯与散热器的接触电阻增大，使硅元件的整体电阻增大。

三、故障防止措施

（一）、定期检查半导体元件的散热体并及时调修清理，保证散热体肋片无变形，片间无铝屑、灰尘等杂物。

（二）、定期检测阻容保护装置的电容和电阻，保证1μF的电容值在±1%的范围内，30KΩ和12Ω的电阻值在±5%的范围内。

（三）、厂修变流装置时，要对铜排进行调平处理并重新镀锡，仔细检查软联线不应有断裂，其两端接触面也要重新镀锡处理。

（四）、定期更换所有连接导线，防止导线老化。

（五）、厂修变流装置时，要在铜排、软联线和半导体散热器接触面涂抹电力复合脂（导电膏），所有紧固螺栓涂防松标记以便及时发现松动而紧固。

（六）、厂修变流装置时，重新选配半导体元件。

1.每个整流柜所用晶闸管和二极管都要求使用同一个厂家产品来选配，不同厂家产品特性存在差异，混装将影响整个装置的均流系数。

2.不管是二极管还是晶闸管桥臂，每个桥臂半导体元件的正向压降Vfm最大与最小之差不应大于0.02V，即V≤0.02V

3.在选配每个桥臂的6个半导体元件中，将正向压降Vfm值小的放在5、6位置。

4.为了确保均压系数符合要求，阻容保护也进行选配，要求串联的两个晶闸管或二极管的阻容保护板上30KΩ的电阻值不相差0.3KΩ。

（七）、厂修变流装置时，要对变流装置进行均流试验，确保均流系数不小于85%，试验中调整均流系数而进行倒换半导体元件时建议按照以下方法进行：

1.调整接触电阻，检查各紧固件，进行加强紧固。

2.调节该组整流元件的正向压降，如果是6个元件2串3并结构的，将电流最大串联支路里一个半导体元件与电流最小串联支路里的一个半导体元件进行上下位置互换，对换后均流系数还不合格，可以再将该组电流最大串联支路里一个半导体元件与电流最小串联支路里的一个半导体元件进行对角线位置互换。如果没有串联支路的则只需要将最大电流元件与最小电流元件互换即可。

3.进行调换后如果均流系数还不合格则只有更换半导体元件来实现，直到达到均流系数合格为止。更换半导体元件要遵循同一厂家原则，并且保证V≤0.02V。

参考文献

[1]《韶山3型4000系电力机车》.