1、SS7D 型电力机车整流柜元件击穿原因分析摘要：文章介绍整流柜的结构特点和主要功能，并结合现场维修经验，详细说明了整流装置元件击穿的常见故障，及其维修措施。 关键词：整流柜；元件；故障；措施 中图分类号：TM6 文献标识码： A Type SS7D electric locomotive rectifier cabinet components breakdown and failure analysis Pick to: this paper introduces the structure characteristics and main function of rectifier cab
2、inet, and combined with field maintenance experience, detailing the rectifying device breakdown of common faults, and its maintenance measures. Key words: rectifier cabinet; Components; Fault; measures 0 引言 SS7D 型电力机车整流柜型号为 TGZ 20-2820/1030，全车总共 56 只整流元件，其中主晶闸管 12 只/柜，主整流管 8 只/柜，列车供电晶闸管2 只/柜，列车供电整流管
3、 2 只/柜，他励晶闸管 2 只/柜，他励整流管 2只/柜。 每台机车由两个整流装置组成。两个整流装置的电路结构组成完全相同，只有出线、线号不同。主要功能给机车提供：整流及相控调压；励磁电源；他励无级磁场削弱；加馈制动；列车供电。 若列车在运行中整流元件击穿或烧损将会影响机车的运行，也存在安全隐患，本文从它的工作原理、组装过程、质量卡控等方面对元件击穿的原因进行探讨，并提出个人见解。 1 工作原理 机车整流电路采用不等分三段半控桥，低速用加馈电阻制动，他励无级磁场削弱。 不等分三段桥每段桥的电压为：2Ua1b1=2Ub1x1=Ua3x3=675.6V。 整流电路功能工作方式为： 首先开放第一段
4、桥 V7、V8、V9、V10，V7、V8 以整流管状态工作，通过调节 V9、V10 的触发相位，使该段桥的整流电压从 01/2Ud 平滑变化，在 V7、V8、V9、V10 满开放前，V1、V2 处于大电流续流工况，V3、V4、V5、V6 各桥臂元件承受的反向电压即变压器的绕组的峰值电压。当 V9、V10 满开放时，开通第二段桥 V1、V2、V3、V4 半控桥，控制V3、V4 触发相位直至 V3、V4 满开放，整流电压从 1/2Ud3/4Ud 平滑变化。 当 V3、V4 满开放后，开通第三段桥 V1、V2、V5、V6 组成的半控桥，通过控制 V5、V6 的触发相位至 V5、V6 满开放，整流电压
5、从 3/4UdUd平滑变化。 2 整流元件击穿的原因 元件击穿的原因有：热击穿、电流击穿、电压击穿等。 针对热击穿，元件在机车运行过程中，整流元件管芯温度会上升，需要对整流元件进行散热处理，当散热效果不良时，元件管芯的温度会达到甚至超过硅片结温的技术要求，从而使元件过热烧损。元件的热击穿也可称为干烧。 元件大电流击穿。元件大电流击穿的现象表现为元件硅片上出现大面积的烧损，并且表面凹凸不平，烧损面很粗糙。元件大电流击穿主要原因为，元件在导通使用时，机车主回路瞬间经过大电流，该电流值远远超过元件的正向平均电流，硅片上瞬间产生大量的热，远远超过元件硅片结温设定值，硅片过热大面积烧损。 其次，元件硅片
6、面与管壳接触部位出现氧化现象，硅元件的正向压降增大，硅片上的产生的功率变大，产生的热量增大，当正向压降增大到一定的值时偶尔出现超过较元件额定正向电流的电流流过时，硅片上积累大量的热导致大面积烧损。 再次，当硅片的电流上升率低时，元件在导通的时间内，硅片上的电流开通面积跟不上硅片上电流的扩散速度时，在导通的硅片面积范围内，单位时间内流过有限导通面积硅片的载流子密度过大，产生大量的热量，在元件门极附近出现硅片烧损。 电压击穿在实际意义上来说可以归纳到大电流击穿。电压击穿的现象为硅片远离门极表面上出现光滑的小孔，或在硅片边沿倒角面上出现黑斑，这些有时能人的肉眼观察不到，需用放大镜来观察才能发现。 元
7、件的反向重复峰值电压下降。当整流元件在承受电路的反向电压时，由于元件特性曲线中反向重复峰值电压小于电路中的峰值电压，造成元件反向重复峰值电流急剧增大，造成元件雪崩击穿。所以在元件测试时，需对元件的反向重复峰值电压和反向重复峰值电流进行严格卡控。 3 元件组装过程中存在的问题及难点 3.1 组装过程中存在的问题。 3.1.1 未能完全做到无尘的工作环境，解体过程中虽然可以做好硅管芯取下后需放置在柔软干净白布或丝绸上，避免利物划伤硅管芯阴阳极与散热器的接触面，但是大气中的灰尘仍然可以附着的管芯和散热器表面。 3.1.2 由于整流元件的紧固件有特定技术紧固力矩要求，紧固力矩选择若不当，当紧固螺柱和螺
8、母出现裂纹现象时，元件在经过一段时间的运用之后，由于各方面应力的作用，会导致元件的紧固力矩变小，元件管芯与散热器的压力不够，在接触面容易氧化而导致元件的正向压降大幅度变大，元件容易疲劳击穿。 3.1.3 锈蚀的螺柱及螺母经过电镀之后，容易变脆，在元件使用过程中，在蝶形弹簧和弹簧钢压板的弹力作用下，很容易造成螺柱断裂或紧固螺母蹦出，进而造成回路断路或主回路接地。 3.2 检修过程中存在的问题 3.2.1 绝缘套管的检修： 检修理由：绝缘套管过热或者出现裂损，绝缘套管的绝缘性能下降，容易造成主回路接地故障；绝缘套管的清洁度达不到技术要求，则会影响元件的反向重复峰值电流，造成整流装置的整流效果不理想
9、。 3.2.2 接线板的检修理由： 图二：接线板 a.接线板表面变形后，元件在压装时，散热器和接线板的接触不良，元件整体的正向压降发生变化。 b.接线板出现锈蚀后，除锈整体镀铬后，如果在接线板和散热器接触面不进行镜面抛光，接触面存在铜金属以外的金属离子或接触面存在刮痕，同样会使元件的正向压降增大。 检修难点： a.钢件表面的镀铬处理。 b.接触板和散热器接触面得抛光度的技术要求未掌握，缺少该部分的资料。 3.2.3 散热器的检修。观察散热器的表面状态良好，无裂损变形；散热器片间间隙均匀；散热器表面不许有锈蚀现象，散热器与接触板、散热器与元件管芯接触面不许有氧化和刮痕。有锈蚀者需进行除锈后进行镀
10、铬处理；镀铬后在散热器与接触板、散热器与元件管芯接触面进行镜面抛光。 图三：散热器与接线板、散热器与管芯接触部位的锈蚀及刮痕 检修理由：散热器表面锈蚀，对散热器的散热效果影响很大；在风冷散热器中，散热片越光滑，散热效果越好；散热器的两个接触面如果出现锈蚀或者刮痕，长时间使用会使元件正向压降产生变化，影响元件的使用寿命，元件的质量不可控。 检修难点：散热器表面的镀铬处理和接触面的镜面抛光技术欠缺。 3.2.5 圆形定位钢片和定位钢珠的检查。定位钢片和定位钢珠状态须良好，定位钢片中心钢珠槽不得有变形现象。 检修理由：定位钢珠中心钢珠槽如果出现变形，会影响元件压装时的管芯、散热器、接触板接触部位的同
11、心同轴度。 3.3 元件管芯的检修。 3.3.1 观察元件阴阳极接触面不许有氧化、刮痕及过热现象。出现氧化和刮痕现象者须进行镜面抛光。 图四：元件管芯 检修理由：元件阴阳极接触面存在氧化和刮痕现象，在使用中会影响到元件的正向压降的变化。 检修难点：在对接触面进行镜面抛光或者研磨时，须精确掌握抛光或者研磨掉的厚度，以免元件管芯管壳过薄而在压装时使管壳变形。 3.3.2 检查晶闸管元件门极引线连接牢固，绝缘完好，插套状态良好。阴极引线焊接牢固，有脱焊者需进行补铜焊处理。同时门极引线和阴极引线接线口周围不许有灰尘杂质。 检修理由：当门极引线和阴极引线周围存在灰尘杂质时，门极脉冲容易通过灰尘杂质直接连
12、接到阴极，造成元件弱触发而造成元件击穿；阴极引线脱焊会造成元件不触发或弱触发。 3.4 元件的压装存在的问题 3.4.1 组装工作台必须处于水平面，具有较高的平整度和光洁度，否则会造成元件的组装压力分布不均匀，甚至出现管芯压扁或硅片裂损现象。 3.4.2 紧固螺栓下部螺母如果一次性戴到螺柱冒头 23 扣的位置，在紧固时，很可能造成另一端的紧固螺母紧固力矩达到标准后螺柱不冒头，紧固效果不理想。 3.4.3 在水平面上首先对元件组装施加规定的组装压力，可以确保在紧固过程中压力能均匀分布到整个接触面。 3.4.5 手工进行压装时，须严格按照紧固顺序和要求进行紧固，否则，在紧固过程中紧固不当，压坏管芯
13、或当撤除组装压力后，虽然各个紧固螺栓的紧固力矩达到要求，但是由于弹簧钢板和蝶形弹簧的作用，很可能造成元件接触面的压力分布不均匀。 3.4.6 元件在组装时最重要的一点是散热器、管芯、接线板接触面须保证同心同轴。 检修难点： 与散热器、管芯上一道的检修工序有关系。配件是否已经处理到配件平躺时接触面能处于水平面。 怎么样才能保证元件管芯与散热器、散热器与接线板圆形区域接触面同心同轴？ 在压装完毕后通过什么方式的测试手段来检测元件是否压装良好？因为接触面热阻的变化和元件正向压降的变化需要经过一定的时间现象才能体现出来，而这在现场检修中明显不符合实际。 缺少压装设备和工装。在写有自动压装程序的压装机上
14、，每个型号的元件都有各自的压装膜板。 3.5 元件的配组存在的问题及注意事项 3.5.1 考虑到整流柜母线铜排和母线间接触电阻的影响，按整流柜电流走向方向和不同大桥依次粗选元件正向压降相差 0.01V、0.02V、0.03V的元件进行配组。 3.5.2 将同一桥臂并联元件的特性曲线进行比较。同一桥臂并联元件配组的要求是在正向伏安特性元件导通区域内，在不同的电压点，相应的电流点曲线的斜率尽量一致。这样就可以保证整流元件在工作中，元件导通时在不同的正向电压和不同温度下，两个并联元件的正向特性曲线漂移量一致，保证了并联元件的均流系数不会下降而造成元件的不均流造成元件击穿现象。 4 针对元件击穿故障分
15、析，制定以下质量卡控重点 4.1 根据历年来的整流柜故障现象，第一段桥元件击穿的几率是最多的，特别是晶闸管元件。因为第一段桥在机车运用中，它们受到大电流冲击的次数最多。所以在检修时，第一段桥的晶闸管 V9、V10 的元件特性、参数应该严格卡控。 4.2 由于在第一段桥满开放的时候，第二段桥的元件承受的反向峰值电压为变压器绕组的反向峰值电压。所以第二段桥元件的反向峰值压降应该严格卡控。 4.3 在整流装置中，由于各半控桥臂都是由元件并联组成，同样的在以往的机车故障中，并联桥臂的晶闸管元件击穿的故障最多。出现故障的原因有多种，有可能是机车主回路方面的原因，也有可能使整流装置本身的原因，所以元件在进行大修配组时，为保证机车整流柜的检修质量，还应该对元件进行测试。 5 结束语 通过以上的研讨和分析，在以后的整流元件检修组装过程中，可做一些简单的借鉴，既可以减少一些元件击穿故障，同时可以提高一些整流元件的检修质量，保证列车运行的安全。 参考文献： 杨永林 主编韶山 7D 型电力机车中国铁道出版社 李益民等降低电力机车整流柜晶闸管击穿故障率的措施网络期刊论文 本车间现场积累的技术资料
