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浅析DF4型内燃机车整流装置故障原因及预防措施
中车戚墅堰机车有限公司工艺技术部 张 帅 付恩莉
本文根据DF4型内燃机车整流装置的典型故障，分析出故障产生的主要原因，并提出了相应的预防措施，为后续DF4型机车或同类整流柜该类故障的处理提供了技术基础。
1 问题的提出
DF4型机车是交-直流电传动内燃机车，机车由柴油机驱动牵引发电机，发电机输出的三相交流电经主整流柜整流后，向6台并联直流牵引电动机供电，实现机车功率的传递（东风4型内燃机车：大连理工大学
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出版社，1993,8）。主整流柜是机车电传动系统的重要部件，一旦发生故障，可造成机车机破故障。2018年5月，DF4-2645机车在运用过程中出现了主整流柜烧损问题，造成了铁路一般D类事故，同年10月份又发生了DF4B-7727、DF8-0116等机车同类型的主整流柜故障。为了查原因，总结经验，避免同类故障再次发现，本文以DF4型内燃机车主整流柜为例，对主整流柜故障原因进行分析，并提出相应的预防措施。2 故障原因分析
在机车运用过程中可能造成主整流柜故障的原因很多，有整流装置自身的原因，也可能是由于机车上的其他部件故障所引起的整流装置故障（马统鑫，浅谈东风4型内燃机车整流装置经常烧损的原因及采取的措施：甘肃科技，2007）。经过研究分析，主要的原因有以下几点。2.1 整流元件参数变化 DF4型机车GTF-4800/770型整流柜采用的是三相桥式全波整流电路，其6个整流桥上分别并联布置了6只整流元件，如果其中一只整流元件发生短路现象，就会造成整个桥臂的短路，进而引起正负极短接，造成接地、过流故障。因主整流柜每一整流桥臂由6只整流元件并联使用，就要求每个元件的伏安特性相匹配。在进行DF4机车主整流柜的大修时发现，整流元件经过长期的工作后，其正向伏安特性会发生不同程度的变化，使得同一桥臂的6个整流元件正向峰值电压存在差异。大修过后的整流柜同一桥臂的6只ZP500-20型整流元件的最大正向峰值电压与最小正向峰值电压差应＜0.1V，经过一个
大修期后该差值会扩大，超出工艺要求。当同一桥臂的6个整流元件均流系数大于0.85的规定要求，可能引起整流元件过载或击穿现象的发生。
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整流元件的绝缘套管是由具有绝缘性能的环氧管制成的，套在整流元件的装配螺栓外部，将整流元件散热片与螺栓之间绝缘。若绝缘套管破损，会直接导致整流元件散热片与螺栓短接，而螺栓是连接整流元件正负极散热片的，必然会导致整流元件的散热片正负极短接，继而造成机车接地、过流。
2.3 异物接触整流元件
DF4型机车整流柜周边四个面，两面为钢板全密封、两面为网状铁丝门防护。整流柜顶部中间与底部风道对应位置有焊接的钢板，整流元件安装顶部有环氧板防护，但顶部两侧仍然有约四分之一的面积是无防护的，存在间隙。
整流柜为强迫通风，风道在整流柜下方，风向为由上往下吸风对整流柜进行散热，在机车运行过程中就可能存在异物被吸入整流柜。若异物附着在整流元件上，则将导致整流元件正负极短接，造成短路，整流元件散热片通过大电流导致散热片烧损故障现象的发生。2.4 牵引电动机绕组短路或环火，产生大电流，击穿整流元件
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由于牵引电动机各线槽、定子和转子绝缘件老化或损坏，造成牵引电动机发生不对称的两相突然短路，这个过程至少有高达额定电压3倍左右的高电压，产生大电流，击穿甚至烧损整流元件。当直流牵引电动机因自身原因发生环火或更严重故障时，将会造成同步主发电机三相突然短路，形成大电流通过整流柜，从而导致整流柜烧损。在此过程中同步主发电机各绕组将产生巨大的冲击电流，这个电流高达额定电流的10倍至15倍（李应刚，浅谈DF4D整流装置整流元件烧损的原因及措施：哈尔滨铁道科技，2012）。当如此高的冲击电流经过整流装置各元件时，极有可能烧损整流元件。2.5 事故整流柜故障原因分析
结合公司今年发生的三起整流柜故障进行原因分析，在事故发生后，第一时间进行现场调查。检查发现故障整流元件一侧散热片、绝缘套管烧损严重。但柜内清洁状态良好、无异物，牵引电机整流子表面状态良好，因此判定是整流元件本身问题造成的短路。将整流元件拆下并拆解检查，从散热片围绕装配螺栓烧损的现象分析，绝缘套管的问题占比较大，拆解整流元件后发现管芯并未击穿，高度怀疑绝缘套管问题。
根据现场拆解过程分析，故障原因为绝缘套管在整流元件压装过程中受损，积灰、受潮之后压紧螺栓与散热片之间放电，致使整流元件正负极散热片短路，导致烧损。
进一步了解获悉该整流元件的管芯与散热器分属不同厂家，原管芯与更新的管芯外形尺寸不一致，见图1。检修厂家为了将更新的管芯与原散热器进行组装，对散热器进行了加工改造，见图2。从故障
现象以及现场分析认为绝缘套管受损与散热器改造加工的误差有关。
图1 图2
当正负散热器与管芯接触的2个平面的平行度误差较大时，在压装过程中按管芯平面对正负散热器进行强制调整，装配螺栓在散热器孔间发生错位，造成绝缘套管与散热器接磨及挤压现象。在16KN的整流元件压装压力下散热片对绝缘套管挤压，使绝缘套管损伤、产生裂纹，最终导致整流元件散热片正负极短路。
3 预防措施
3.1 加强整流元件及整流柜均流试验，引入整流元件寿命管理理念
整流元件的发热量决定于通过整流元件的正向电流和正向压
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降，而正向电流是由负载电流决定的。因此，在负载一定的情况下，整流元件的正向压降决定了整流元件的发热量。若整流元件的正向压降过大，将造成整流元件因结温过高而在短期内损坏。所以，不仅机车在中修、轻大修、大修过程中均需对整流元件的正向压降检测外，建议在机务段进行机车辅修时也应该对整流元件进行正向压降的检测。
整流元件检修时，同时也要加强反向峰值漏电流的检测。反向峰值漏电流的大小代表着整流元件单向导电性能的好坏，该值越大其单向导电性能越差，当温度升高时反向击穿电压下降也越大。反向击穿电压下降则导致整流元件不能可靠运行。所以，整流元件反向峰值漏电流的检测应纳入机车的辅修范
围内。在机车的中修、轻大修、大修时，必须严格按照技术要求，对主整流柜进行均流试验，以保证整流装置各桥臂的6个整流元件均流系数达技术要求的不小于0.85。
另外，根据长年的检修故障统计，发现经过两个大修期后的整流元件出现峰值电压差较大的现象比较集中。为保证整流柜的可靠运用，建议引入寿命管理，在机车大修时将使用8年以上的整流元件进行更新，保证整流元件本身性能可靠。
3.2 提高整流元件绝缘套管的检修及检测要求，保证产品质量
鉴于2018年发生的3起整流装置故障，均是由于整流元件绝缘套管的问题所致，因此建议后续在整流元件检修时装用的散热器与管芯必须是同一厂家，不能混装，更不允许对散热片进行加工。在机车大修时整流元件的绝缘套管需全部更新，整流元件压装完成后及整流柜组装之前操作者均应用手转动绝缘套管，绝缘套管应转动灵活、与散热片无接磨。
同时，为保证绝缘套管的产品质量，检修单位应定期抽样送质
量检验单位进行检验，确保每批次的绝缘套管都能达到技术要求。在实际运用过程中，运用部门应加强日常巡检，发现套管出现变现象时应进行更换。
3.3 加强机车运行前的检查工作
在机车运用前，每次都应严格检查整流柜及其电气室各部件的状况，确保整流柜顶部及其周围无异物，电气室各部件安装状态良好，无松脱现象，避免各种异物随风流吸入整流柜，附着在整流元件表面的可能。
保证整流元件表面的清洁度，油污、积灰应在每次小辅修时定期清理，保证整流元件散热良好。
绝缘子串3.4 严格执行牵引电动机检修工艺，加强维护清洁
加强牵引电机的日常维护清理和保护措施。在牵引电机进行检修时，严格执行检修工艺，确保各绝缘部件无老化、烧损，各绕组、电刷和换向器等部件符合检修技术要求，牵引电机各项性能试验良好。
在机车进行小辅修时，应认真仔细检查，用长毛刷或棉丝清除牵引电机换向器间的积灰、油污和换向器两边的毛刷，并确保牵引电动机的观察孔盖关闭严密。
4 结语
本文通过对DF4型内燃机车整流装置故障产生的原因进行了分析，并针对性的提出了相应的预防措施。上述措施实施后，新装车运用的整流装置未发生故障现象，为后续DF4型机车和同类整流装置该类故障的处理提供了技术基础。
（上接第156页）
扩展，原本是通过0或1来表示元素存在不存在，可以改为用一个整形值来表示，如果某个元素通过哈希映射后，就将其相应位进行加1，如果要删除，就进行减1操作。算法原理如图2所示。
3 性能分析
本节将通过具体的公式来分析两种算法的性能差异。假设h 组哈希函数（每组k 个哈希函数）是相互独立的，并且每个元素都能均匀的映射到位数组的每个位置上，各个元素之间的映射也是独立的；位数组的大小为n 、元素个数为m 个，布隆过滤器的个数为h 。
对于为改进的传统的布隆过滤器，它是用一组哈希函数来映射，所以h 值为1，通过哈希函数对元素映射后，位数组中任意一位不被置1的概率为：
(1)
其中表示在经历一次哈希函数映射后位数组中任意一位没有被置1的概率，那么在经过k 才哈希函数映射后，仍然没有被置1的概率为：
(2)
当m 个元素分别经过k 个哈希函数映射后，该位置未被置1的概率为：
(3)
b型钢对于某个新元素，如果要检测是否存在于集合中，只需要用k 个哈希函数对该元素进行映射，然后检查位向量相应位是否都为1，如果都为1的话，则判断该元素存在于集合中，所以布隆过滤器误判的概率为：
(4)
而经的对应位都置为1，即对布隆过滤器进行横向扩展，所以改进后的布隆算法的误判率计算公式为：
(5)
由于公式(4)中恒小于1，所以随着h 的增大，误判率也会随之减小。
4 结语
本文介绍了网络爬虫中网址去重所面临的问题，从而引出布隆过滤器。介绍了布隆过滤器以及其优缺点，进而提出一种改进的布隆算法－－多维布隆过滤器，并对其性能进行了分析比较。通过得出的公式，多维布隆过滤器的误判率有着明显降低，提高了过滤器的性能，维护了数据的完整性。
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参考：黄涛，布隆过滤器在网页区中的研究与应用：大连：大连海事大学信息可续与技术学院，2013；肖明忠，代亚非，Bloom Filter 及其应用综述：计算机科学，2004,31(4):180-182；Broder A ，Mitzenmacher M ．Network applications ofbloom filters ：A Survey ：Internet Mathematics ，2003,1(4):485-509。
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