HXD1D型電力機(jī)車主斷路器故障原因分析及對策

曲東升

摘要：簡要介紹HXD1D型電力機(jī)車主斷路器運(yùn)行情況，針對主斷路器的故障，進(jìn)行調(diào)查及分析，提出相應(yīng)措施，提高機(jī)車可靠性和穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：電力機(jī)車；主斷路器；原因分析；對策

1.引言

HXD1D型0003至0007號(hào)電力機(jī)車自2013年9月至2014年3月在我段進(jìn)行運(yùn)行考核，2014年6月份開始，我段逐步配屬HXD1D型電力機(jī)車，至目前共計(jì)配屬HXD1D型電力機(jī)車62臺(tái)，隨著配屬機(jī)車逐步上線使用，主斷路器合不上以及跳主斷的故障時(shí)有發(fā)生，給運(yùn)輸秩序造成了一定的影響。本文從主斷路器的控制原理及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)對故障主斷路器原因進(jìn)行簡要分析，同時(shí)針對主斷路器故障原因，提出了改進(jìn)建議和措施。

2.主斷回路控制原理

主斷路器回路[1]如下圖所示：

由圖1、圖2可以看出，110V電源通過1、2端緊急按鈕、高壓接地開關(guān)常閉觸點(diǎn)、U99鑰匙箱、壓力釋放閥常閉觸點(diǎn)、布赫繼電器以及合主斷中間繼電器和主斷允許合繼電器常開觸點(diǎn)給主斷控制回路供電。

主斷路器硬件環(huán)回路串聯(lián)了緊急按鈕、U99鑰匙（受電弓隔離塞門）、布赫繼電器、接地開關(guān)和壓力釋放閥等重要部件，以保證在重要部件動(dòng)作時(shí)主斷迅速分?jǐn)?。如布赫繼電器動(dòng)作，表示主變壓器可能存在短路放電，主斷迅速分?jǐn)嘁源_保主變壓器故障不進(jìn)一步擴(kuò)大化。

由圖1、圖2可知，合主斷中間繼電器在合主斷時(shí)必須閉合，其控制原理為110V電源通過上述硬件環(huán)回路及閉合主斷命令輸出給合主斷中間繼電器供電。

由圖1、圖2可知，主斷允許合中間繼電器在主斷閉合時(shí)須閉合，其控制原理為110V電源通過上述硬件環(huán)回路及TCU1、TCU2自檢節(jié)點(diǎn)信號(hào)、輔機(jī)測試轉(zhuǎn)換開關(guān)、主斷允許合通道邏輯輸出給主斷允許合中間繼電器供電。

3.故障情況及分析

3.1主斷路器自身故障

HXD1D型機(jī)車安裝的是TDV10（01）型單極交流真空斷路器，該型主斷路器主要由高壓電路部分、支持絕緣子、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)及低壓控制電路組成。由于部分主斷在制造工藝及加工過程中存在問題，導(dǎo)致機(jī)車主斷路器運(yùn)行中發(fā)生故障，我段因主斷自身故障更換主斷路器共計(jì)發(fā)生7件，典型故障案例如下：

（1）2015年3月16日，我段配屬的HXD1D-0131機(jī)車在某輪乘段庫內(nèi)檢車作業(yè)試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)真空主斷路器出現(xiàn)閉合后有排風(fēng)不止現(xiàn)象，經(jīng)廠方服務(wù)人員現(xiàn)場確認(rèn)，無法修復(fù)，更換真空主斷路器備品，更換后高壓試驗(yàn)真空主斷路器分、合良好。對故障主斷路器進(jìn)行檢查試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)觀察電磁閥先導(dǎo)閥排氣口與防護(hù)罩的間距消失，電磁閥排氣口緊貼在保護(hù)罩上，合主斷，電磁閥排風(fēng)異常，主斷路器卡合故障。輕抬保護(hù)罩與排氣口的

接觸部位，漏風(fēng)現(xiàn)象消失。分析先導(dǎo)閥桿排氣口與保護(hù)蓋板距離的組裝尺寸為2mm，但部分主斷由于保護(hù)罩的焊接變形量、電磁閥的組裝公差已基本接近2mm的距離，同時(shí)部分主斷路器在吊裝、運(yùn)輸和運(yùn)用的過程中變形，造成防護(hù)罩堵住電磁閥先導(dǎo)閥桿排氣口，導(dǎo)致主斷路器合閘時(shí)電磁閥長排風(fēng)，主斷路器故障。該故障在我段HXD1D-0109、HXD1D-0175機(jī)車上也發(fā)生過。

（2）2014年9月30日，我段配屬的HXD1D-0126機(jī)車在輪乘段使用過程中，因機(jī)車跳主斷停車，司機(jī)處理后開車。機(jī)車到段后，對機(jī)車數(shù)據(jù)進(jìn)行下載分析，發(fā)現(xiàn)故障時(shí)間內(nèi)多次合主斷后馬上跳開，經(jīng)司機(jī)多次斷電復(fù)位合主斷操作后，機(jī)車恢復(fù)正常。對主斷路器進(jìn)行更換，故障主斷路器進(jìn)行分解檢查，檢查發(fā)現(xiàn)AMP15芯插頭及插座，插頭內(nèi)7點(diǎn)插針存在明顯縮針現(xiàn)象，同時(shí)有電流燒灼的痕跡。APM15芯插頭6、7點(diǎn)為保持線圈點(diǎn)位，7點(diǎn)縮針，會(huì)造成保持線圈回路接觸不良，導(dǎo)致保持線圈無法工作，主斷路器吸合后，主斷路器在分閘彈簧和肘節(jié)彈簧的作用下再次分閘。

圖4APM15插針縮針

圖5主斷路器分閘狀態(tài)

（3）2015年5月10日，HXD1D-0171機(jī)車在結(jié)束牽引任務(wù)到達(dá)上南站后，再次升弓前檢測車頂絕緣低，無法檢測到規(guī)定值，經(jīng)對車頂部絕緣情況，高壓互感器等配件進(jìn)行排除，確認(rèn)為真空主斷路器絕緣不良，打開高壓接地對主斷輸出端進(jìn)行電阻通斷對地測量，檢查發(fā)現(xiàn)主斷對地絕緣不良，說明真空包已經(jīng)擊穿，從而造成車頂絕緣檢測不良。

3.2主斷閉合回路硬件故障

（1）2015年2月1日，我段配屬的HXD1D-0277機(jī)車在途中運(yùn)行時(shí)跳主斷，同時(shí)IDU顯示受電弓隔離塞門打開，主斷硬件回路斷開，機(jī)車回段檢查U99鑰匙箱存在異常，對鑰匙箱進(jìn)行更換后試驗(yàn)良好。2015年我段共計(jì)發(fā)生3起因U99鑰匙箱故障導(dǎo)致機(jī)車主斷合不上，分析原因，主要問題是U99鑰匙箱犯卡或漏風(fēng)，造成U99觸點(diǎn)信號(hào)斷開，=21-A11-K01線圈失電，主斷斷開。

（2）2014年我段開始配屬HXD1D型機(jī)車以來，共計(jì)發(fā)生17件布赫繼電器報(bào)警碎修預(yù)報(bào)，主要是機(jī)車入庫后，通過檢索微機(jī)屏，查詢故障記錄發(fā)現(xiàn)有布赫繼電器報(bào)警記錄，結(jié)合微機(jī)數(shù)據(jù)和6A視頻分析，故障主要原因?yàn)槌藙?wù)員在庫內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)導(dǎo)致。布赫報(bào)警動(dòng)作后，=34-E01觸點(diǎn)斷開，=21-A31-K1線圈失電，主斷斷開。

除上述兩種故障外，從電路圖上分析，硬件故障還包括緊急按鈕故障、接地開關(guān)故障，變壓器壓力釋放閥動(dòng)作等，都會(huì)使主斷路器跳閘。

3.3主斷閉合軟件保護(hù)

（1）2015年5月4日，HXD1D-0130機(jī)車在乘務(wù)員上班檢查作業(yè)完畢后，升弓，在IDU屏顯示可以合主斷的前提下，進(jìn)行了合主斷的操作，主斷合不上，更換機(jī)車。分析為司機(jī)升弓后，升弓反饋信號(hào)通過DXM37、DXM38模塊反饋至CCU，CCU收到信號(hào)后通過MVB傳輸通道反饋在IDU屏上顯示可以合主斷，該信號(hào)傳輸?shù)乃俣冗h(yuǎn)大于機(jī)車檢測網(wǎng)壓信號(hào)的速度，此時(shí)實(shí)際網(wǎng)壓并完全升至額定值，通過數(shù)據(jù)分析，機(jī)車檢測的網(wǎng)壓低于17.5KV，合主斷后造成TCU自檢保護(hù)。

（2）2014年7月22日，HXD1D-0119機(jī)車，列車在停車辦客時(shí)，司機(jī)發(fā)現(xiàn)機(jī)車操縱臺(tái)顯示屏顯示ACC1（輔助逆變器1）故障，并跳機(jī)車主斷。機(jī)班對機(jī)車進(jìn)行應(yīng)急處理后，機(jī)車故障情況消除。機(jī)車回段后，查詢機(jī)車故障記錄，微機(jī)屏在10點(diǎn)08分記錄“ACC1元件故障、ACC1的W相上管保護(hù)、TCU1保護(hù)性牽引封鎖、TCU1保護(hù)性分主斷、輔助逆變器1元件保護(hù)”，庫內(nèi)單機(jī)試驗(yàn)情況正常。判斷為輔逆變1模塊存在故障，對模塊進(jìn)行更換，庫內(nèi)試驗(yàn)正常。結(jié)合我段后期兩年內(nèi)共計(jì)發(fā)生輔變模塊故障15件，發(fā)生故障的部位主要集中在IGBT元件以及控制板，而通過對模塊故障前后網(wǎng)壓數(shù)據(jù)的分析，判斷網(wǎng)壓波動(dòng)大對輔逆變模塊故障也造成了一定的影響。

圖6故障時(shí)網(wǎng)壓波動(dòng)大

（3）2014年7月29日，HXD1D-0117機(jī)車擔(dān)當(dāng)客運(yùn)牽引任務(wù)，過分相后跳主斷，同時(shí)IDU屏顯示TCU1隔離，司機(jī)再次合主斷后進(jìn)行正常牽引回段?；囟魏?，對該車微機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行下載分析，檢索發(fā)現(xiàn)故障發(fā)生時(shí)，為機(jī)車TCU1原邊過流，TCU1保護(hù)性分主斷。分析原邊過流原因?yàn)橹鲾嚅]合瞬間會(huì)出現(xiàn)較高的原邊電流，在過分相時(shí)，表現(xiàn)更為頻繁，此時(shí)檢測原邊電流超出850A峰值后產(chǎn)生保護(hù)。

除以上邏輯保護(hù)外，CCU軟件保護(hù)還包括[2][3]：控制受電弓主斷路器單極斷路器狀態(tài)、受電弓控制風(fēng)缸空氣壓力、DXM是否有強(qiáng)迫斷主斷請求、主變流器水位保護(hù)、TCU檢測主變壓器油溫、蓄電池電壓、TCU斷開主斷請求等。

4.措施及效果

（1）針對電磁閥漏風(fēng)故障，由廠方在段結(jié)合修程根據(jù)實(shí)際尺寸在電磁閥先導(dǎo)閥桿排氣口上方增加排氣空間，即在保護(hù)蓋對應(yīng)位置開孔，確保電磁閥正常排風(fēng)。同時(shí)對所有新造HXD1D機(jī)車主斷路器防護(hù)罩進(jìn)行改造，我段至2015年5月份對配屬機(jī)車所有主斷路器進(jìn)行改造，效果明顯，近期因電磁閥漏風(fēng)導(dǎo)致主斷故障的問題已得到了杜絕。

（2）規(guī)范乘務(wù)員操作，升弓后待網(wǎng)壓顯示正常后再進(jìn)行合主斷操作。同時(shí)廠方已針對該問題優(yōu)化了CCU程序，對主斷合允許進(jìn)行延時(shí)5S處理，即收到升弓反饋信號(hào)5S后再在IDU上顯示允許主斷閉合的信息，我段7月份已完成該項(xiàng)程序優(yōu)化工作，之后再未發(fā)生類似故障。

（3）對輔變流驅(qū)動(dòng)板進(jìn)行改造，將IGBT元件的開通時(shí)間由1.521us提高到1.869us，將IGBT元件的關(guān)斷時(shí)間由3006us提高到3.650us，即在同樣頻率下，加長了IGBT元件的開通和關(guān)斷時(shí)間，降低了實(shí)際應(yīng)用中IGBT元件的開關(guān)速度，在網(wǎng)壓波動(dòng)大的情況下，模塊故障率的降低，我段自2014年10月份開始試裝車兩臺(tái)后，運(yùn)行至目前未再發(fā)生輔變流模塊故障。

（4）由廠方對TCU程序進(jìn)行優(yōu)化，參考HXD1C及8軸車程序，在每次合主斷后0.5S不檢測原邊電流值，避免每次合主斷瞬間出現(xiàn)原邊過流故障導(dǎo)致分主斷。我段于2014年10月份開始對所有配屬機(jī)車TCU程序進(jìn)行升級(jí)，升級(jí)后的機(jī)車均未再出現(xiàn)過同類故障。

（5）成立技術(shù)攻關(guān)隊(duì)伍，對HXD1D機(jī)車發(fā)生的慣性故障要深入研究并開展攻關(guān)，結(jié)合段日常入庫微機(jī)數(shù)據(jù)的下載和分析，檢索機(jī)車自身存在的問題及乘務(wù)員不良的作業(yè)習(xí)慣和試驗(yàn)方法，及時(shí)制定有效措施，防止機(jī)車帶病出庫，提高HXD1D機(jī)車的基本質(zhì)量。

（6）通過梳理上述HXD1D機(jī)車故障案例，制定解決主斷路器故障的快速排查方法，即當(dāng)發(fā)生主斷故障時(shí)，首先分析是主斷不能閉合還是閉合后又跳開。一般主斷不能閉合，應(yīng)重點(diǎn)分析主斷閉合控制回路故障和主斷自身原因。主斷閉合后不能保持應(yīng)重點(diǎn)對主斷路器軟件保護(hù)和主斷路器保持線圈是否正常進(jìn)行檢查，從而及時(shí)查找出故障進(jìn)行處置，提高乘務(wù)員及檢修人員應(yīng)急處置及快速判別故障能力，降低主斷故障給運(yùn)輸產(chǎn)生的影響。

5.結(jié)論

通過對上述典型故障的分析和措施的實(shí)施，我段62臺(tái)HXD1D機(jī)車主斷路器故障在今年下半年故障率明顯降低。同時(shí)通過本文簡要的梳理分析，提出一般判斷思路和解決建議，為今后現(xiàn)場問題的處理上起到了較好的指導(dǎo)和參考作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]南車株洲電力機(jī)車有限公司.HXD1D型電力機(jī)車檢修手冊[M].株洲：南車株洲電力機(jī)車有限公司，2014.

[2]賀明 余得全 練賢常.深度國產(chǎn)化HXD1型機(jī)車主斷路器控制原理分析[J].軌道交通裝備與技術(shù)，2015年11月.

[3]涂旭.深度國產(chǎn)化HXD1型機(jī)車主斷路器異常分?jǐn)喾治鯷J].軌道交通裝備與技術(shù)，2015年11月.