SS3B型电力机车变流装置半导体元件烧损原因及预防策略研究

SS3B型电力机车变流装置半导体元件烧损原因及预防策略研究

潘新虎

（中车兰州机车有限公司甘肃兰州730050）

摘要：变流装置做为SS3B型电力机车的重要组成部分，其安全稳定运行对于整个机车的安全性能有着重要的意义。而影响变流装置安全运行的关键，在于其中半导体元件。但是，在机车的实际运行过程中，半导体元件因为种种原因，会出现烧损的故障。为了能够找到其中烧毁的原因，以便于能够采取必要的措施防止此类事件的发生，本文对变流装置半导体元件烧损原因进行了一定的分析，并对预防对策做了研究，为电力机车的安全运行提供了保障。

关键词：电力机车；变流装置；半导体元件

前言：在变流装置的日常运行过程中，由于各种原因造成了其中半导体元件屡屡反生烧损事件，从而影响了机车的安全行驶，为了能够使相关的工作得到顺利发展，研究影响半导体元件故障的原因就变得非常必要了。本文对SS3B型电力机车变流装置进行了简单概述，以及对其中的半导体元件发生故障的原因进行综合分析，并就解决对策进行了深入研究，从根本原因着手，并执行严格的检测措施，只有这样才能够让半导体元件获得来良好的运行状态，从而保障机车的安全运行。

1SS3B型电力机车变流装置的简单概述

SS3B型电力机车变流装置主要由大功率整流二极管、晶闸管、快速熔断器以及安装架构等各个部件共同组成。其中机车的整流装置由两个整流柜组成，其中每一形成独立的三段不等分独立控桥，能够实现整流以及无极相控调压，使其获得较为可靠的运行环境，并能够平滑的做好相应电流、电压的调节工作。但是在实际的工作过程中，由于种种原因导致变流装置的内容半导体元器件进行了烧毁，严重影响了机车行驶的安全性能。因此做好对半导体元件烧毁原因的分析工作，就变得尤为重要了，能够为故障的解决提供理论依据。从而保障变流装置的正常工作。

2SS3B型电力机车变流装置半导体元件故障发生率高的原因分析

2.1均流系数对半导体原件的影响

通过对SS3B型电力机车的调压方式设计原理进行的有效的分析，其采用的是顺空三段桥半控调压方式，其中的变流装置来完成对电压的有效转换从，从而保证整个机车的电流供应。在变流装置的运行维护中不难发现，其中的整流装置在设计上均流系数应该保持在0.85才能够有效保障其中半导体元件的正常运行，但是在实际的工作过程中，不难发现，随着工作时间的不断延长，半导体元件的基本结构和性能得到了改变，如均流系数均有不同程度的变化，因此造成了相关元件的故障发生率较低，无法形成较为稳定的工作环境。进而导致了故障率明显提升[1]。

2.2接触性腐蚀对半导体元件的影响

由于结构设计的必要性，半导体元件需要有相应的散热系统，其中最为常见的就是铝质材料，在散热设计的过程中，与其紧密贴合的铜排，在长时间的接触过程中，还有在大电流的状态下，不可避免的会在金属接触表面之间发生腐蚀反应，而使其接触表面产生了麻坑，使半导体材料的接触电阻变大，进而让整个半导体元件的整体的电阻偏大，电阻的增大也让半导体的发热量急剧升高，而又不能进行良好的散热，使其故障的发生率明显偏高。还有就是，电腐蚀的发生呈现不顾则的分布，电阻的分布也不是很均匀，这就造成了在桥臂并联支路中，某一支路因为电流过大而烧毁。可见不同金属的接触性电腐蚀，对半导体元件故障发生率有着一定的影响。

2.3系数极差对于半导体元件的影响

在列车进行运行的过程中，由于种种原因导致各个桥臂之间存在一定的均流系数极差，通常会在0.5左右，因此可以根据具体的数据进行计算，从而可以得出机车在大坡段的支路电流，一般来说在该区间运行过程中，常常以600A的大电流进行有效的运行，因此当其中的某均流系数为在0.4的时候，其中支路电流会达到1500A，而其中的额定工作电流则是在800A，因此从这点上来看，由于系数差的存在，导致了实际电流大大超过了额定电流，对于半导体元件的影响的较大，容易造成其烧损和降级老化的情况出现。当某一个电路中的半导体元件烧毁后，又会造成电流分布的不均匀，使其发生较为恶劣的循环造成更为巨大的损失。

3SS3B型电力机车变流装置半导体元件预防烧损策略研究

3.1加强均流检测，缩短检测周期

如今的现有的机车保养周期开看，间隔期过长非常不利于对机车进行有效的检测，因此要根据实际情况，适当的缩短检测周期使其能够满足现有机车设备的检查需求，从而能够在一定程度上有效的完成对机车半导体元件的检测。将原先的机车运行50万km进行有一次的均流检测，进行有效的缩短使其能够保持在较短的行驶公里数上，可以每隔25万km进行一次必要的检测，从而有效的提高均流检测的有效频率，使变流装置中的半导体元件能够得到有效的检测，确保装置的参数性能处于稳定的区间范围内[2]。

3.2检修过程中的严格措施控制

在进行变流装置的检修过程中，为了能够更好的完成相应的检修工作，应该对元件的性能以及各项参数进行严格检查，严格按照相关的检测标准进行检测，并对每一个元件的健康情况进行有效的评估。同时还要及时换下不符合使用规范的半导体元件，同样对于出现问题的散热装置也要进行更换，确保真个变流装置能够就别较好的均流性能。另外，在变流装置损坏后，需要更换参数和原元件一致的半导体元件，其中正向压降之的误差应小于0.02V，当一个桥臂中，更换2个以及更多的半导体元件的过程中，需要对整体的均流情况进行检查，以便于能够确保相应的的均流情况达到设计要求。

3.3接触电腐蚀的有效的排除

为了能够有效的摆脱可能出现的接触性金属腐蚀，需要采取必要的措施降低其电腐蚀发生的概率。因此在散热器和铜牌的接触面上可以涂抹一层导电膏，使其能够改善金属接触环境，避免因为直接接触而导致电化学腐蚀的发生。另外，也可以采用不同材料组成的耐蚀合金，即在散热金属中添加合金元素，有效提高其耐蚀性，使金属的耐腐蚀性能能够得到显著的提升，从而形成多层防护机制，有效的完成相应的保护机制，使散热系统在提高散热能力的同时，也能对对半导体元件形成有效的保护，减少接金属触性电腐蚀的危害[3]。

3.4实时掌握均流状态

在机车运行的过程中，均流的稳定性占据着重要的位置，为了能够获得实时的监测数据，可以配备动态均流检测装置，使其能够对均流的实际情况进行有效地掌握从而在一定程度上，非常方便对其进行有效的了解，以便于可以及时掌握半导体元件的运行状态，一旦发生问题也能够及时的进行采取一定的措施，从而避免出现烧毁元器件的情况出现。另外，其中的换向电容以及过电压吸收电容做为对半导体元件的保护电容，也要进行严格的检测，及时的进行更换，从而使电路中的电容能够真正的起到保护的作用。

总结

总之，在SS3B型电力机车变流装置半导体元件的维护过程，在了解的其烧损原因后，就可以采取适当的措施完成对半导体元件的防护。如加强均流检测，并适当的缩短检测周期；在检修过程中的严格进行控制，还要减少接触电腐蚀的发生，实时掌握均流状态，确保半导体元件处于安全运行环境。

参考文献：

[1]赵晓鹏.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[J].中国科技博览，2014（23）：210-210.

[2]杨俊艳.大功率半导体元器件可靠性分析[J].科技风，2018（4）：60-60.

[3]温鹏，郭宣召，张道洋，等.牵引整流柜整流单元连接处烧损故障分析[J].设备管理与维修，2017（3）：49-50.