1 概述

1.1 功能简介

制动电阻柜(见图1)是南非21E电力机车(下文简称21E机车)电制动的基本组成部分，是进行电制动的关键部件。制动电阻柜将机车多余的动能转化成热能，通过强风冷却将热量散发到周围环境中，进而实现制动目的。

1.2 工作原理

制动电阻柜由制动电阻单元、通风机、温度保护装置、进风过滤网、出风倒流罩及柜体结构等组成。

制动电阻单元连接至牵引变流柜。机车在制动工况下通过连接的主电缆将多余的电能传递至制动电阻单元，通过电阻将电能转换成热能。制动电阻柜冷却风机自下而上输送冷却风，将制动电阻生成的热量带离制动电阻柜至周围空气中。因风机自下而上进行冷却散热，热量会聚积在最上层的制动电阻单元周围，因此此处温度为屏柜内部温度最高处。温度保护装置中的温度探测器即安装在温度最高点处。当制动电阻单元温度到达设定的安全阈值时，温度保护装置会向机车控制系统发出制动电阻温度过高预警信号，机车控制系统将会控制牵引变流柜停止向制动电阻单元输送电流，风机会继续工作进行散热。工作原理示意图见图2。

  

图1 制动电阻柜

  

图2 工作原理

2 故障分析

21E机车制动电阻柜温度检测电路如图3所示。当制动电阻温度高于设定阈值时，会触发温度保护装置产生一个高电平信号。该信号被DXM模块(数字量输入输出模块)检测后，DXM模块会将相应的信号通过车载MVB传递至CCU(中央控制单元)，然后CCU会做出制动电阻过热判断，并发出相应的故障信息至DDU(司机室显示屏)。结合图2、图3及上文所述的原理可知，当制动电阻本身过热或者温度检测电路故障误报信号，均可能导致CCU判定制动电阻柜过热故障发生，具体分析如下。

  

图3 温度检测电路

2.1 制动电阻柜通风受阻

制动电阻柜通风受阻时，会导致柜体散热效率降低。因制动电阻柜通风机为恒压恒频电源供电，无法采用调速的方法达到增加风速、提升散热效率、降低制动电阻温度的目的。因此当有异物堆积在制动电阻柜进风口、出风口以及屏柜内部会引起制动电阻柜通风受阻，散热效率降低后造成屏柜内热量堆积，导致制动电阻过热故障。另外，当制动电阻柜通风机损坏，同样会导致通风效率降低，进而引发制动电阻过热。

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2.2 制动电阻故障

如上文所述，制动电阻变形、变色、损毁均会导致制动电阻值的改变。正常情况下，断开主电路电缆，测量接线端子间的1.1与1.3,1.2与1.3之间电阻阻值(如图5)，正常范围为10.5 Ohm ±5%。当实际测量值超出此范围时，应考虑制动电阻出现损坏情况，需要打开屏柜柜门进行进一步检查以更换损坏部件。

2.3 温度保护装置故障

正常情况下，机车控制系统判定制动电阻过热故障信号的唯一来源是制动电阻温度过高时触发温度保护装置产生的高电平信号。因为该信号来源唯一，因此当该温度保护装置内部故障时，可能发出错误的高电平信号，引发CCU误判制动电阻柜过热故障发生。

2.4 DXM模块故障

在21E机车的实际运用中我们发现，制动电阻柜过热故障时常发生。分析其原因，导致制动电阻柜过热现象的原因往往集中于制动电阻柜本身的故障中。在21E机车的日常检修中，检修作业人员往往忽视了对制动电阻柜的维护保养工作，导致制动电阻柜长期工作在不良工况下，日积月累引发过热故障。结合制动电阻柜设计指标及机车实际运用发现的问题，本文提出以下改善措施。

2.5 牵引变流柜电流传感器故障

《易经》64卦，“两两非覆即反”，这既是一个定性（阴阳）的概念，又是一个定量（数量）的概念！然而中国古代人（从文王之前或从孔子以后）只知《易经》64卦“两两非履即反”的定性（阴阳）概念，对其定量（数量）的概念茫然不知。《易经》64卦的每一卦，其阴爻“— —”就是0，其阳爻“——”就是1，阴阳消长就是数量增减；64卦的相覆对峙或阴阳对称系统，就是数量平衡对称系统；阴阳与数量为一体，即“定性”与“定量”为一体。《易经》64卦每一卦都是二进制数（图1—图2），也就是说阴阳就是数量，数量就是阴阳！获得这一认知，从文王或从孔子到近现代，这一认知过程至少经历了3000多年！

3 改善建议

CCU检测制动电阻过热信号，必须通过DXM模块实现。当DXM模块出现故障时，DXM可能通过MVB向CCU输出检测到制动电阻柜过热信号的错误信息，引发CCU误判制动电阻柜过热故障发生。

3.1 加强制动电阻柜进风过滤网及出风导流罩检查，确保屏柜通风顺畅

如图4所示为21E机车制动电阻柜进风口栅格，该栅格已被各种沉积物堵塞。该现象会导致制动电阻柜进风量严重不足，引发制动电阻柜过热。日常检修中，检修作业人员应及时清理该类沉积物，确保进风口及出风口栅格畅通无阻，进而确保制动电阻柜有足够的进风量以冷却制动电阻。同时，制动电阻柜工作时，因屏柜内顶层电阻温度最高，制动电阻过热损毁现象往往在此处显现。因此日常维护中，应从出风口出风导流罩方向观察制动电阻柜内部制动电阻状态，确保屏柜内顶层电阻无烧毁、变形、变色现象发生。

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21E机车在设计时，加入了制动电阻过流保护机制。当牵引变流柜中的电流传感器检测到连接至制动电阻的主电缆电流大于500A时，牵引变流柜会自动隔离该电路，防止因电路过流引发的制动电阻过热及损毁现象。在一些情况下，牵引变流柜电流传感器故障，测量的电流值小于实际电流值，导致实际流经制动电阻的电流大于500A，超出制动电阻额定消耗功率，引发制动电阻过热现象发生。

  

图4 进风口栅格

3.2 定期测量制动电阻阻值及制动电阻对地绝缘阻值

制动电阻过热现象频发，会导致电阻过热变形、变色，极端情况下甚至会导致电阻融毁。此三种情形均会导致制动电阻阻值增大，在牵引变流柜输入电流一定的情况下，制动电阻柜发热量会增大，导致屏柜过热现象。过热进一步导致制动电阻损坏，如此恶性循环。

同时，正常情况下主接线端子1.1、1.2、1.3(如图5)对地绝缘阻值应大于50 MΩ。当制动电阻间有异物(灰尘等杂物)堆积或是内部部件破损，绝缘阻值会降低。当日常测量的主接线端子绝缘阻值低于标准值时，应考虑制动电阻柜内部清洁问题及部件损坏问题。需要打开屏柜柜门进行进一步检查以清洁屏柜确保通风顺畅或是确认受损部件以便进行更换。

本试验条件下，施用配方肥在氮肥减量25%时，辣椒不减产、品质有一定改善，氮肥利用率提高3.2%百分点。配方施肥对期末土壤理化性状的影响不明显。

  

图5 端子间电阻阻值

3.3 定期检查通风机接线盒接线端子状态，确保通风机工作正常

日常检修中，因人为原因会导致通风机接线盒(图6)线缆连接松动现象，导致通风机接线端子接触不良，通风机无法启动工作，无法输送冷却风对制动电阻进行散热。因此定期检查通风机接线盒接线端子状态，确保通风机可靠工作是十分必要的。

  

图6 通风机接线盒

4 结语

本文通过介绍21E机车制动电阻柜基本工作原理，分析制动电阻过热故障检测原理，再结合南非现场实际运用状况，提出相对实用的改善措施。借此，希望能有效降低21E机车制动电阻过热故障发生频率，确保机车部件的可用性及可靠性，更加助力南非轨道交通事业！