电力蓄电池工程车牵引蓄电池烧损故障分析

电力蓄电池工程车牵引蓄电池烧损故障分析

林钦海

广州地铁集团有限公司运营事业总部，广东 广州 510000

摘  要

目前城市轨道交通工程车大多数采用以牵引蓄电池为动力的电力蓄电池工程车，针对广州地铁电力蓄电池工程车在应用过程中出现的牵引蓄电池烧损故障，深入查找了故障原因，为类似故障处理提供了参考，以免影响地铁电力蓄电池工程车的正常运行。

关键词

工程车；牵引蓄电池；烧损

1 蓄电池控制原理

1.1 牵引蓄电池概况

    电力蓄电池工程车的牵引蓄电池由8箱（=11-G01～G08，每箱48节）蓄电池单体通过串联形式组成。

1.2  蓄电池接地保护

接地保护故障原理如图1所示。在蓄电池供电模式下，为保护主电路系统，牵引蓄电池负极设置有负极接地检测电路，用于检测蓄电池是否出现接地故障。负极接地检测回路包含一个电流传感器（=11-B12）、一个检测电阻（=11-R01）。当牵引蓄电池组正极出现接地故障时，蓄电池正极与负极检测回路之间形成回路，电流传感器（=11-B12）用于检测牵引蓄电池供电回路的漏电流，并报“牵引蓄电池接地故障”。

工程车由蓄电池供电模式转换为接触网或第三轨供电模式时，在出现牵引蓄电池接地等故障情况下，将导致正负极电流产生差异，通过差分电流传感器可判断正负极电流的差值，按故障等级报“差动电流大于1 A”或“差动电流大于50 A”。

图1  接地保护故障原理图

2  故障现象

电力蓄电池工程车在库内升弓充电过程中蓄电池箱体出现异响,同时现场有烧焦味。现场检查发现电力蓄电池工程车D017车第8箱蓄电池箱柜门格栅有烧穿痕迹，形成金属熔洞，熔洞直径约85mm，尺寸洞口周边存在黑色痕迹。进一步检查发现第8箱蓄电池第36号蓄电池单体及金属箱体处已烧穿，烧穿尺寸约80mm*30mm，肉眼可见蓄电池单体内部极柱、极板已烧黑，如图2所示。

图2  牵引蓄电池烧损现场图

3  系统数据分析

3.1  VDU数据读取情况

现场检查工程车VDU显示屏故障历史记录，蓄电池在14:10分依次报差动电流＞1A，差动电流＞50A及高温报警，差动电流用于检测蓄电池流进与流出的电流差值，当出现差动电流＞50A时系统会自动降弓保护。

3.2 故障数据记录读取情况

通过查看edrm数据，可看出14:08:48司机进行了升弓操作，升弓命令为高电平。

图3  升弓操作图

14:08:56受电弓升起到位，与接触网接触电压稳定在1600V左右。

14:10:05系统开始报“差动电流大于1A报警”，此时蓄电池内部已开始出现异常。

图4  差动电流大于1A报警图

11秒后14:10:16系统开始报“差动电流大于50A报警”，同时蓄电池电压随即快速下降，显示蓄电池单体内部完全短路，判断为烧穿箱体和柜门格栅的瞬间。由于系统有差动电流大于50A保护，此时CCU发送降弓指令控制工程车自动降弓。

图5  差动电流大于50A报警图

4秒后，14:10:20司机操作降弓开关，与此同时受电弓刚好完全降下，接触网网压下降为零。同时在整个过程中充电机无故障，输出电压及输出电流满足现场使用标准，排除充电机异常导致蓄电池烧穿。

    将过程数据生成事件记录波形，如图6所示：

图6 故障事件记录波形图

3.3 BMS数据读取情况

通过查看分析BMS系统数据，数据显示14:13:55（BMS显示屏数据有偏差，实际北京时间为14：11分左右）前蓄电池各种充电数据正常，之后第8箱第36节蓄电池电压降为零。

图7 蓄电池BMS系统数据显示图

第8箱第36节蓄电池单体故障后，同时故障烧损了BMS数检测线，导致其余相邻部分蓄电池单体电压检测数据失准，具体故障影响范围需落车后进一步检测。

4 现场检查分析

为进一步判断对八箱牵引蓄电池落车进行状态检查，检查各箱体蓄电池绝缘电阻皆满足大于10兆欧的标准要求。

八箱蓄电池落车后优先对第八箱蓄电池进行单体外观检查及参数检测。外观检查48节蓄电池单体无明显鼓包，除烧损的第36节及临近的28、29、37节表面有烧融现象外，其他表面正常。

图9 蓄电池单体落车检查图

检查48节蓄电池单体参数情况，根据蓄电池安装编号排列数据如下：

图10 第八箱蓄电池单体数据图

电压测量方面除了烧损的第36节单体存在0.208V的残压外，其余单体电压皆在正常范围内。内阻测量方面除故障的第36节测量无显示外，其余蓄电池单体内阻检查正常（运用标准＜1.6毫欧为状态正常）。

    结合故障发生前系统无发生牵引蓄电池接地故障报警，排除蓄电池漏液导致故障发生。

5结语

结合以上分析，故障原因为第8箱第36节蓄电池单体内部短路，在高压高温的内部冲击下蓄电池壳体薄弱处出现破裂导致蓄电池电解液流出，与箱体接触后形成对地短路，短路瞬间产生大电流使蓄电池箱体烧穿，形成金属熔洞。若在正线发生此类故障，应急情况下在判断蓄电池故障影响不会继续扩大时，可考虑断开蓄电池隔离开关，采用受电弓/接触轨模式进行动车返回车辆段场。

参考文献

[1] 孙凤霞，赵东波.电力蓄电池工程车牵引蓄电池充电控制[J].铁道技术监督，2017，45（8）：44-47.

[2] 程建.蓄电池电力工程车牵引蓄电池故障分析[J].电力机车与城轨车辆，2017,40(1):76.