HXD2型電力機(jī)車主斷路器隔離故障原因分析及處理措施

劉志杰

(大秦鐵路股份有限公司 湖東電力機(jī)務(wù)段， 山西大同 037005)

為提高大秦線的重載運(yùn)輸能力，促進(jìn)鐵路裝備技術(shù)的現(xiàn)代化，2007年年底湖東電力機(jī)務(wù)段配備了HXD2型電力機(jī)車。受到大秦線機(jī)車牽引噸位高、周轉(zhuǎn)快、線路復(fù)雜等因素的影響，機(jī)車主斷隔離故障一直伴隨著機(jī)車使用過程，給大秦線重載運(yùn)輸帶來了安全隱患，所以有效的控制主斷隔離故障十分必要，以下是對(duì)近年來HXD2型電力機(jī)車主斷隔離故障分析。

1 主斷路器原理及技術(shù)參數(shù)

1.1 基本原理

HXD2型電力機(jī)車安裝的是真空主斷路器(22CB)、接地開關(guān)(35KS)和避雷器組件，在每節(jié)機(jī)車車頂各安裝一臺(tái)，一臺(tái)機(jī)車安裝2臺(tái)主斷，可以在一臺(tái)主斷故障后使用另外一臺(tái)代替工作，實(shí)現(xiàn)主斷路器的冗余使用。該主斷路器可與35KS或36KS型號(hào)的接地開關(guān)、避雷器、電抗器直接配裝使用。它安裝在機(jī)車頂蓋上，是整車與接觸網(wǎng)之間電氣連通、分段的總開關(guān)，也是機(jī)車上重要的保護(hù)設(shè)備。

22CB型真空斷路器的特點(diǎn)是以真空作為絕緣介質(zhì)和滅弧介質(zhì)，利用真空狀態(tài)下的高絕緣強(qiáng)度和電弧擴(kuò)散能力形成的去游離作用進(jìn)行滅弧，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為：?jiǎn)螖嗫谥绷⑹?、直?dòng)式氣缸傳動(dòng)、電空控制，是一種新型的電力機(jī)車主斷路器，適用于干線交流25 kV各類型電力機(jī)車。與空氣斷路器相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、動(dòng)作快、絕緣強(qiáng)度高、維修方便等優(yōu)點(diǎn)。采用真空斷路器可以徹底避免以往空氣斷路器滅弧室瓷瓶爆炸等慣性故障，較大程度的減少機(jī)車事故，保證電力機(jī)車運(yùn)用安全，同時(shí)與空氣斷路器相比延長(zhǎng)了主斷路器的檢修周期，減少了維修時(shí)的工作量，降低了檢修的成本。

1.2 22CB真空斷路器工作原理

如圖1所示，壓縮空氣經(jīng)空氣過濾器后到調(diào)壓閥，調(diào)壓閥將壓力調(diào)整為483～497 kPa后送入儲(chǔ)氣缸。

圖1 22CB型真空斷路器工作原理圖

1.2.1主斷合閘過程

司機(jī)通過主斷路器扳鍵開關(guān)置“合”位，電磁閥線圈得電，電磁閥閉合，儲(chǔ)氣缸中的壓縮空氣一路經(jīng)電磁閥進(jìn)入中繼閥的控制腔，打開中繼閥，另一路通過中繼閥送入風(fēng)缸。驅(qū)動(dòng)活塞、絕緣推動(dòng)桿和主斷路器的動(dòng)觸頭上移，壓縮主彈簧，閉合主觸頭。

1.2.2分閘過程

將主斷路器扳鍵開關(guān)置“分”位，電磁閥線圈失電。電磁閥和中繼閥均在彈簧的作用下復(fù)位，將風(fēng)缸內(nèi)的壓縮空氣釋放掉。絕緣推動(dòng)桿和主斷路器的動(dòng)觸頭在彈簧彈力作用下，向下移動(dòng)，打開觸頭。

1.3 22CB型真空斷路器主要技術(shù)參數(shù)

型號(hào) 22CB

額定電壓/kV 25(AC)

額定頻率/Hz 50

額定工頻耐受電壓/(kV·min) 75

額定電流/A 1 000

固有分閘時(shí)間/ms <40

閉合時(shí)間/ms <115

額定控制電壓/V 110(DC)

2 常見故障現(xiàn)象、原因分析及對(duì)策措施

HXD2型電力機(jī)車主斷隔離原因主要有：(1)主斷控制與聯(lián)鎖反饋信號(hào)不符時(shí)主斷隔離。(2)原邊電流過流時(shí)主斷隔離。(3)主接觸器和預(yù)充電接觸器機(jī)械卡住時(shí)主斷隔離。(4)主變壓器無油循環(huán)信號(hào)時(shí)主斷隔離。(5)主變壓器油溫大于115℃時(shí)主斷隔離。(6)主變2個(gè)溫度傳感器的測(cè)量值不在正常范圍時(shí)主斷隔離。當(dāng)主斷隔離后，我們可以下載機(jī)車數(shù)據(jù)，通過分析機(jī)車數(shù)據(jù)來查找具體故障原因。

2.1 控制與反饋信號(hào)不符

2.1.1主斷未斷開(故障代碼：00-21-1E)

主斷共有8組低壓聯(lián)鎖(4組常開聯(lián)鎖和4組常閉聯(lián)鎖)，其中有2組常開聯(lián)鎖和2組常閉聯(lián)鎖分別給RIOM1和RIOM2輸入信號(hào)。輸入RIOM1的常開聯(lián)鎖變量為VarC_E_BT1_DJMF=0，常閉聯(lián)鎖變量為VarC_E_BT1_DJMO=1，輸入RIOM2的常開聯(lián)鎖變量為VarC_E_BT2_DJMF=0，常閉聯(lián)鎖變量為VarC_E_BT2_DJMO=1(“1”表示高電位，“0”表示低電位)。當(dāng)常開聯(lián)鎖輸入RIOM1和RIOM2的信號(hào)為高電位或常閉聯(lián)鎖輸入RIOM1和RIOM2的信號(hào)為低電位時(shí)，主斷隔離。

原因分析及故障判斷：在正常情況下，常開聯(lián)鎖送出的信號(hào)是低電位，常閉聯(lián)鎖送出的信號(hào)是高電位，機(jī)車通過聯(lián)鎖送出的信號(hào)來判斷主斷當(dāng)時(shí)的狀態(tài)，如果4個(gè)聯(lián)鎖送出的信號(hào)異常時(shí)，機(jī)車主斷隔離。我們可以通過4個(gè)變量的狀態(tài)判斷故障原因。例如4個(gè)變量都是低電位時(shí)，我們考慮主斷電源是否送入主斷。如果其中某個(gè)變量輸出異常時(shí)，我們可以查找低壓聯(lián)鎖相關(guān)回路來確認(rèn)故障，按照日常檢修經(jīng)驗(yàn)，這種情況一般都是主斷未斷開或內(nèi)部低壓聯(lián)鎖故障造成的，我們可以通過更換主斷或更換低壓聯(lián)鎖的方法來處理。

2.1.2要求主斷閉合而未閉合(故障代碼：00-21-25)

在主斷具備閉合條件后(沒有緊急制動(dòng))，人為閉合主斷而主斷沒有閉合，結(jié)果5 min內(nèi)出現(xiàn)3次，主斷隔離。

原因分析及故障判斷：根據(jù)主斷工作原理我們首先檢查主斷風(fēng)壓是否在正常范圍內(nèi)(483～496 kPa)，主斷閉合時(shí)內(nèi)部是否漏風(fēng)；其次在閉合主斷扳鈕時(shí)，檢測(cè)主斷閉合電控閥線圈電壓和線圈阻值是否正常；最后考慮主斷繼電器Q(FR)DJ是否故障。

2.2 原邊過流(故障代碼：00-21-2A)

當(dāng)原邊電流傳感器測(cè)量的原邊電流值大于額定值225 A時(shí)，主斷被隔離。

原因分析及故障判斷：當(dāng)原邊電流值超過額定值時(shí)，為了保護(hù)其他部件不受損壞，主斷被隔離。首先查找是否因?yàn)檐図敻邏弘娖鞣烹娨痣娏髦党^額定值，查明放電原因并處理即可。如果車頂沒有放電，我們首先要測(cè)試主變壓器絕緣，并化驗(yàn)主變壓器油。在排除主變壓器后，考慮是否由于原邊過流繼電器Q1L(M)自身故障造成。最后考慮是否由于RIOM故障造成接收測(cè)量電流值錯(cuò)誤引起。

2.3 主變壓器油路不符合要求

(1)無油循環(huán)電路，主變壓器的冷卻是通過2個(gè)油泵將變壓器油循環(huán)到油散熱器進(jìn)行散熱冷卻的，油循環(huán)的流量是通過油流繼電器來測(cè)量的。如果其中一個(gè)油流繼電器沒有輸入時(shí)，機(jī)車將減少功率，如果兩個(gè)油流繼電器沒有輸入時(shí)，主斷隔離。下面以無油循環(huán)電路1為例對(duì)此類故障進(jìn)行分析。

①無油循環(huán)電路1(故障代碼：40-23-00)。在牽引逆變器運(yùn)行，且變壓器溫度大于15℃時(shí)，1號(hào)油流繼電器Q1-DF-PH無輸入。

原因分析及故障判斷：目前油流繼電器已改造為電流式繼電器，用來測(cè)量油泵的其中一項(xiàng)電流，當(dāng)油泵工作后，油泵的工作電流大于油流繼電器的動(dòng)作電流時(shí)，繼電器動(dòng)作，常開聯(lián)鎖閉合，將110 V信號(hào)送至電器電路，從而判斷油泵運(yùn)行情況。

如果沒有油流繼電器輸入，應(yīng)該檢查油泵保險(xiǎn)DJ-PH1是否斷開，如果DJ-PH1斷開，需要進(jìn)一步確認(rèn)DJ-PH1斷開原因。如果DJ-PH1正?？紤]油流繼電器故障，需要查找油流繼電器相關(guān)回路進(jìn)行處理。

②無油循環(huán)電路2(故障代碼：40-23-01)故障判斷同上。

(2)油溫保護(hù)(故障代碼：00-23-04)。主變壓器上安裝了一個(gè)溫度繼電器Q1(TPH)，當(dāng)主變壓器溫度超過115℃時(shí)，起超溫保護(hù)，主斷隔離。

原因分析及故障判斷：主變壓器溫度繼電器Q1(TPH)作用是起到超溫保護(hù)作用，目前我段機(jī)車運(yùn)用中尚未發(fā)生該故障，如果發(fā)生此類故障，我們首先應(yīng)該測(cè)量主變壓器溫度，確認(rèn)油路循環(huán)狀態(tài)，最后考慮溫度繼電器Q1(TPH)和溫度中間繼電器QQ1(TPH)是否誤動(dòng)作造成。

(3)油溫測(cè)量值不符合要求，主變壓器溫度通過安裝在主變壓器上溫度傳感器來檢測(cè)，1個(gè)主變壓器安裝了2個(gè)溫度傳感器，當(dāng)其中1個(gè)溫度傳感器的測(cè)量值不在正常范圍時(shí)(正常測(cè)量范圍4～20 mA)，故障顯示DC_TTFE1或DC_TTFE2，當(dāng)2個(gè)溫度傳感器測(cè)量值不在正常范圍，持續(xù)30 s，主斷隔離。下面以溫度傳感器1故障為例對(duì)此類故障進(jìn)行分析。

①油溫傳感器1故障(故障代碼：40-23-08)當(dāng)它的測(cè)量值不在正常范圍，即：3.5 mA>E_CA_CAITTFP>20.5 mA，持續(xù)30 s，記錄該故障。

原因分析及故障判斷：處理此類故障可用eTrain軟件監(jiān)視變壓器溫度值，根據(jù)監(jiān)視的溫度值判斷故障原因，因溫度傳感器測(cè)量值直接傳送給MPU，所以在處理此類故障時(shí),我們也要考慮MPU模塊自身故障。

②油溫傳感器2故障(故障代碼：40-23-09)判斷同上。監(jiān)視界面如圖2。

圖2 變壓器溫度監(jiān)視界面圖

2.4 其他原因引起的主斷隔離

2.4.1控制繼電器故障(故障代碼：00-21-23)

主斷控制繼電器Q(FR)DJ的控制信號(hào)與反饋信號(hào)不一致時(shí)，超過1 s，主斷隔離。查找主斷繼電器Q(FR)DJ與RIOM是否故障，并檢查它們之間線路。

2.4.2通過Z(IS)LOC車輛隔離(故障代碼：00-21-38)

當(dāng)機(jī)故(機(jī)械故障)開關(guān)Z(IS)LOC在隔離位時(shí)，主斷被隔離，將機(jī)故開關(guān)Z(IS)LOC置正常位即可。

2.4.3相鄰的主斷未斷開(故障代碼：00-21-3A)

其他車主斷隔離，可查找其他車主斷隔離原因處理。

2.4.4主接觸器機(jī)械式卡住(故障代碼：00-21-41)

電機(jī)隔離，電機(jī)隔離后導(dǎo)致主接觸器的控制電源被切斷，但仍然有反饋信號(hào)，主斷隔離，通過更換主接觸器即可處理。

2.4.5預(yù)充電接觸器機(jī)械式卡住(故障代碼：00-21-47)

電機(jī)隔離，電機(jī)隔離后導(dǎo)致預(yù)充電接觸器控制電源被切除，但仍然有反饋信號(hào)，主斷隔離，通過更換預(yù)充電接觸器即可處理。

2.5 對(duì)策與措施

通過對(duì)造成主斷隔離故障原因的分析，我們發(fā)現(xiàn)易出現(xiàn)故障的主要部件是車頂高壓電器、主斷路器、主變壓器及保護(hù)、主接觸器和預(yù)充電接觸器等，在日常檢修中應(yīng)該加強(qiáng)檢查，高壓多次斷合試驗(yàn)。

2.5.1車頂高壓電器

機(jī)車車頂重點(diǎn)檢查試驗(yàn)高壓電器功能正常，連接及固定狀態(tài)良好，并對(duì)車頂各類瓷瓶進(jìn)行防污閃處理，日常保證清潔，測(cè)量放電間隙距離符合要求。

2.5.2主斷路器

日常上車檢修中檢查電源插頭、風(fēng)管接頭緊固，無漏風(fēng)現(xiàn)象，確認(rèn)主斷風(fēng)壓符合要求，主斷下車檢修在試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試，測(cè)試主斷各參數(shù)符合要求。

2.5.3主變壓器及保護(hù)

加強(qiáng)油泵狀態(tài)的檢查試驗(yàn)，機(jī)車高壓試驗(yàn)時(shí)，使用eTrain軟件檢測(cè)主變壓器溫度參數(shù)，并按時(shí)對(duì)主變壓器油進(jìn)行化驗(yàn)。

2.5.4主接觸器及預(yù)充電接觸器

重點(diǎn)檢查接觸器觸頭狀態(tài)，低壓聯(lián)鎖及接線，風(fēng)管插接狀態(tài)確認(rèn)。測(cè)量接觸器線圈阻值符合要求。試驗(yàn)接觸器斷合狀態(tài)良好。

3 結(jié)束語

HXD2型電力機(jī)車微機(jī)控制系統(tǒng)允許地面維護(hù)人員通過專用維護(hù)筆記本電腦，利用串口進(jìn)行檢修維護(hù)工作，并提供豐富的故障記錄和查詢功能及控制界面，從而大大減少了檢修維護(hù)作業(yè)工作量和時(shí)間。所以在故障發(fā)生后，我們要運(yùn)用好機(jī)車數(shù)據(jù)分析，通過數(shù)據(jù)分析查找故障發(fā)生的原因，查明原因后徹底處理機(jī)車故障。日常檢修工作中使用好eTrain軟件，對(duì)能夠監(jiān)測(cè)的參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，確認(rèn)各參數(shù)符合技術(shù)要求。

[1] 耿志修.大秦鐵路重載運(yùn)輸技術(shù)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社,2009.