SS3型電力機(jī)車加改LCU和電磁接觸器出現(xiàn)的問(wèn)題

郭樹(shù)平

（太原軌道交通裝備有限責(zé)任公司，山西 太原 030009）

0 引言

太原軌道交通裝備有限責(zé)任公司為蘭州鐵路局大修的SS3型電力機(jī)車，同時(shí)要進(jìn)行兩項(xiàng)改造：①對(duì)控制電路進(jìn)行改造，采用LCU（Logical Control Unit，LCU）邏輯控制單元代替原繼電器構(gòu)成的有觸點(diǎn)控制電路系統(tǒng)；②對(duì)主電路線路接觸器進(jìn)行改造，采用電磁接觸器代替原電控接觸器。進(jìn)行了這兩項(xiàng)改造后的機(jī)車，由原控制電路中間繼電器驅(qū)動(dòng)主電路電控接觸器動(dòng)作，變?yōu)橛煽刂齐娐废到y(tǒng)的LCU邏輯控制單元直接驅(qū)動(dòng)主電路的電磁接觸器動(dòng)作。機(jī)車改造后，由于LCU的輸出驅(qū)動(dòng)電流低，不能滿足電磁接觸器的可靠動(dòng)作，導(dǎo)致機(jī)車在進(jìn)入工作狀態(tài)20min左右即發(fā)生部分線路接觸器（主要是4XC、6XC）失電跳開(kāi)，導(dǎo)致機(jī)車不能投入正常運(yùn)行。

1 原因分析及處理情況

問(wèn)題發(fā)生后，鑒于SS3機(jī)車上曾加裝過(guò)電磁接觸器，且未發(fā)生過(guò)問(wèn)題，故將此情況先向LCU生產(chǎn)廠家通報(bào)，要求其解釋原因，并制定出解決辦法。

經(jīng)LCU生產(chǎn)廠家分析，原因?yàn)椋篖CU技術(shù)參數(shù)中規(guī)定，該裝置可驅(qū)動(dòng)持續(xù)電流不大于0.4A的負(fù)載，驅(qū)動(dòng)原車所用的電控接觸器沒(méi)有問(wèn)題，而是由于機(jī)車線路接觸器1XC，2XC，…，6XC型號(hào)的改變使其控制持續(xù)電流較以前明顯增加，導(dǎo)致LCU在對(duì)其控制時(shí)，插件產(chǎn)生過(guò)流保護(hù)，致使機(jī)車線路接觸器異常失電。經(jīng)過(guò)溝通、分析，制定了以下解決方案：將插件上負(fù)載過(guò)流保護(hù)元件的保護(hù)電流由0.6A提高到0.8A，另外，由于受溫度影響，在長(zhǎng)時(shí)間工作的情況下，實(shí)際負(fù)載能力要略小一些。

對(duì)LCU系統(tǒng)進(jìn)行了分析改進(jìn)后，對(duì)所加裝的電磁接觸器的參數(shù)及結(jié)構(gòu)進(jìn)行了如下分析：該電磁接觸器控制電壓為DC110V，控制電壓變化范圍為88V～121V；啟動(dòng)線圈電阻值為171Ω（相應(yīng)啟動(dòng)電流為110／171＝0.65A，最大為121／171＝0.71A，最小為88／171＝0.51A），維持線圈電阻值為321Ω（相應(yīng)啟動(dòng)電流為110／321＝0.34A，最大為121／321＝0.38A，最小為88／321＝0.27A），在機(jī)車上進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，維持電流為0.29A～0.3A，與理論值基本吻合。該電磁接觸器設(shè)有過(guò)電壓保護(hù)裝置，其工作原理是：當(dāng)工作電壓在保護(hù)電壓以上時(shí)，系統(tǒng)將一個(gè)阻值為150Ω的保持電阻串入線圈回路中，以降低線圈電流，使其不至于過(guò)熱；而當(dāng)線圈電壓低于保護(hù)電壓時(shí)，保持電阻不串入，工作電壓全部加在接觸器線圈兩端，從而保證了接觸器的可靠吸合。原電磁接觸器設(shè)計(jì)的保護(hù)電壓為95V（高于控制電路最低電壓88V），因此在機(jī)車電壓低于95V時(shí)，全部電壓加在線圈兩端，電流為95／171＝0.56A，超過(guò)LCU的輸出能力，因此LCU保護(hù)。問(wèn)題發(fā)生后 ，電磁接觸器生產(chǎn)廠家對(duì)該裝置設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了分析，認(rèn)為該電磁接觸器在80V即可以可靠吸合，因此將原保護(hù)電壓由95V調(diào)低至88V，即只要工作電壓在88V以上，電磁接觸器啟動(dòng)后，維持電阻即串入，此時(shí)維持電流為0.27A～0.38A，小于LCU負(fù)載能力0.40A，不影響電磁接觸器的可靠工作。

問(wèn)題綜合分析：改造前，原SS3型機(jī)車電控接觸器線圈阻值為938Ω，其維持電流為0.12A，而有觸點(diǎn)電路的中間繼電器提供的驅(qū)動(dòng)電流最大值為5A，負(fù)載能力很大，所以能夠滿足該型機(jī)車大修規(guī)程11.1.1條規(guī)定：“在88V～121V控制電壓波動(dòng)范圍內(nèi)，進(jìn)行控制電路功能及電路動(dòng)作實(shí)驗(yàn)，須作用良好”的要求?，F(xiàn)將以上所述各種情況線路接觸器動(dòng)作電流可靠度（繼電器或LCU所能提供的驅(qū)動(dòng)電流值與線路接觸器所需的動(dòng)作電流值之比）進(jìn)行列對(duì)比，見(jiàn)表1。

表1 各種情況下的線路接觸器動(dòng)作電流可靠度

由表1可以看出，只進(jìn)行一項(xiàng)改造電流可靠度分別為13和3～5，均沒(méi)有問(wèn)題；但同時(shí)進(jìn)行兩項(xiàng)改造，電流裕度系數(shù)僅為1～1.5，由于大大降低了機(jī)車線路接觸器動(dòng)作的可靠性，冗余嚴(yán)重不足，致使出現(xiàn)了上述問(wèn)題，這就是發(fā)生問(wèn)題的根本原因。

據(jù)查主電路電磁接觸器改造后，驅(qū)動(dòng)功率不足的問(wèn)題還發(fā)生在SS3A型機(jī)車上，造成調(diào)壓開(kāi)關(guān)輔聯(lián)鎖觸頭TK0.5-8級(jí)有拉弧燒損現(xiàn)象。

2 由以上問(wèn)題引發(fā)的思考

機(jī)車是鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，機(jī)車的可靠運(yùn)行是鐵路運(yùn)輸安全這個(gè)龐大復(fù)雜的系統(tǒng)工程中的重要環(huán)節(jié)，為提高機(jī)車運(yùn)行的可靠性，機(jī)車的設(shè)備及配件對(duì)工作環(huán)境的要求一般采用大冗余設(shè)計(jì)。正是這種大冗余設(shè)計(jì)保證了機(jī)車運(yùn)行的可靠性，對(duì)機(jī)車的任何加改項(xiàng)目都不應(yīng)該改變這種設(shè)計(jì)。

近年來(lái)，為了提高既有機(jī)車的性能，改善機(jī)車狀態(tài)，在機(jī)車入廠大修時(shí)，配套進(jìn)行了一系列的技術(shù)改造，這種改造對(duì)既有機(jī)車滿足運(yùn)輸現(xiàn)代化的要求是必須的。但任何對(duì)機(jī)車的改進(jìn)或改造都會(huì)對(duì)機(jī)車整體性能產(chǎn)生影響，這種影響有優(yōu)也有劣，機(jī)車加改項(xiàng)目實(shí)施前都應(yīng)對(duì)這種影響進(jìn)行充分的評(píng)價(jià)。

改造前的電力機(jī)車的繼電器有觸點(diǎn)控制系統(tǒng)具有許多特殊性：控制電壓為直流110V，繼電器的負(fù)載電流最大可達(dá)近5A，工作環(huán)境條件惡劣。電力機(jī)車邏輯控制單元（Logical Control Unit，LCU）相當(dāng)于通常的可編程控制器（PLC），它在電力機(jī)車上的作用主要就是取代傳統(tǒng)的繼電器有觸點(diǎn)控制電路。采用電力機(jī)車邏輯控制單元就是用現(xiàn)代電力電子和微電子技術(shù)構(gòu)成的邏輯控制單元取代傳統(tǒng)的繼電器布線邏輯控制電路，用微機(jī)發(fā)出的指令直接控制接觸器等外部負(fù)載，避免目前的多級(jí)驅(qū)動(dòng)。這樣，可以大大簡(jiǎn)化電力機(jī)車的有觸點(diǎn)控制電路，減少外部連線，提高系統(tǒng)的可靠性；也可以大大簡(jiǎn)化電力機(jī)車控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，提高控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)制造的靈活性，縮短電力機(jī)車電器系統(tǒng)設(shè)計(jì)調(diào)試的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的通用性［2］。由此看來(lái)，這項(xiàng)技術(shù)的先進(jìn)性是毋容置疑的。

主電路改造采用電磁接觸器，由于采用電磁驅(qū)動(dòng)，控制電源直接對(duì)執(zhí)行環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，減少了一個(gè)中間氣路環(huán)節(jié)，且采用模塊化結(jié)構(gòu)，具有永磁滅弧或電磁滅弧的形式，滅弧罩開(kāi)啟方便，便于更換主觸頭，其優(yōu)點(diǎn)是很多的。但是，上述新型機(jī)車配件在加裝時(shí)，如果沒(méi)有充分考慮相應(yīng)的安裝環(huán)境、不能滿足其工作參數(shù)的要求，其優(yōu)點(diǎn)在機(jī)車上不但難以發(fā)揮出來(lái)，而且會(huì)造成機(jī)車難以投入運(yùn)行的嚴(yán)重后果。

3 結(jié)束語(yǔ)

為避免上述情況的發(fā)生，機(jī)車的改造特別是控制電路的改造，當(dāng)中間環(huán)節(jié)對(duì)電路的輸出發(fā)生變化時(shí)，或執(zhí)行環(huán)節(jié)對(duì)電路的要求發(fā)生變化時(shí)，一定要認(rèn)真評(píng)價(jià)其可靠性，這種評(píng)價(jià)應(yīng)該由機(jī)車設(shè)計(jì)主導(dǎo)廠來(lái)進(jìn)行。電力機(jī)車是一個(gè)復(fù)雜的綜合設(shè)備，對(duì)其進(jìn)行任何改進(jìn)的評(píng)價(jià)也是一個(gè)復(fù)雜的工程，最簡(jiǎn)單可靠的辦法，就是在改造時(shí)保證各接口采用原電路參數(shù)，如果輸出功能不足可采用功率放大環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)，如本系統(tǒng)改造最可靠的方法就是在LCU輸出驅(qū)動(dòng)電流前增加一個(gè)放大環(huán)節(jié)，這樣才能保證機(jī)車的安全可靠性，使技術(shù)改造項(xiàng)目的優(yōu)勢(shì)得到應(yīng)有的發(fā)揮。

［1］劉友梅.韶山3型電力機(jī)車［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，1990.