南非20E機(jī)車主斷環(huán)路分析及故障處理

(中車株洲電力機(jī)車有限公司，湖南 株洲 412000)

0 引言

南非20E型電力機(jī)車為首批出口至南非的電力機(jī)車，為了滿足南非本地的鐵路網(wǎng)壓的要求，該型機(jī)車采用交流25 kV和直流3 kV兩種供電制式，其中10臺(tái)為原裝進(jìn)口，85臺(tái)在南非TE公司生產(chǎn)組裝，目前該車型已投入現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用。

1 故障現(xiàn)象

配屬南非金伯利機(jī)務(wù)段機(jī)車E20042機(jī)車庫(kù)內(nèi)試驗(yàn)時(shí)報(bào)TCU1分主斷，交流主斷環(huán)斷開(TCU AC Side HV breaker loop cutout)，復(fù)位無效。

2 處理過程

機(jī)車在25 kV交流網(wǎng)壓下，升弓后報(bào) “TCU1 opened VCB/HSCB，TCU AC Side HV breaker loop cutout”。

機(jī)車回段，復(fù)位無效，隔離TCU1，實(shí)驗(yàn)正常；僅投入TCU1進(jìn)行高壓實(shí)驗(yàn)，故障再現(xiàn)，更換TCU1六極隔離開關(guān)的控制盒后故障依舊，下載TCU1數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，TCU在低壓下檢測(cè)到主斷常開通道信號(hào)異常，測(cè)量PCC1邊插X1插頭的X1：5點(diǎn)為高電平，進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)主斷內(nèi)部TCU1主斷狀態(tài)反饋的輔助觸頭卡合導(dǎo)致常開觸點(diǎn)處于閉合狀態(tài)，更換此組故障觸點(diǎn)后正常。

3 故障原因分析

為了查清故障原因，首先要了解南非20E機(jī)車雙流制模式的控制邏輯。

3.1 網(wǎng)壓檢測(cè)原理介紹

機(jī)車網(wǎng)壓由原邊電壓互感器采集到交流網(wǎng)壓信號(hào)送給TCU；AC/DC網(wǎng)壓檢測(cè)裝置采集交流或直流網(wǎng)壓信號(hào)送給AXM模塊，并將采集到的供電模式送給TCU、CCU，從而確認(rèn)機(jī)車現(xiàn)在處于何種工況。

圖1 網(wǎng)壓檢測(cè)流程圖

3.2 25 kV交流模式

當(dāng)機(jī)車處于交流供電模式下(見圖1)，在升弓條件滿足升弓后，AC/DC網(wǎng)壓檢測(cè)裝置采集交流網(wǎng)壓信號(hào)送給AXM模塊，并將供電模式送給TCU、CCU，從而確認(rèn)機(jī)車現(xiàn)在處于交流網(wǎng)壓區(qū)；25 kV網(wǎng)壓由原邊電壓互感器采集到交流網(wǎng)壓信號(hào)送給TCU，TCU根據(jù)交流網(wǎng)壓信號(hào)確認(rèn)內(nèi)部的6極電動(dòng)隔離開關(guān)處于交流位，機(jī)車自動(dòng)合交流主斷路器=11-Q04。

如圖2所示，交流模式的主斷環(huán)硬線回路通道為：110 V+經(jīng)21-F01開關(guān)，主、副緊急按鈕，主變壓器布赫開關(guān)，受電弓隔離塞門，機(jī)車模式開關(guān)，交直流轉(zhuǎn)換開關(guān)AC位；經(jīng)TCU將高電平輸出到E37_16通道(TCU后主斷環(huán)AC回路閉合)A34_07、A33_07為TCU隔離時(shí)提供旁路。CCU在正常情況下閉合A31_01或A32_01(主斷允許通道)，21-K08中繼閉合，機(jī)車閉合A32_01或A32_02(主斷合通道)，21-K09中繼閉合，當(dāng)=21-K08、K09皆閉合后，交流主斷=11-Q04得電閉合。

圖2 交流主斷環(huán)路

3.3 3 kV直流模式

當(dāng)機(jī)車處于直流供電制式下，AC/DC網(wǎng)壓檢測(cè)裝置采集直流網(wǎng)壓信號(hào)送給AXM模塊，并將采集到的直流供電模式送給TCU、CCU，從而確認(rèn)機(jī)車現(xiàn)在處于直流網(wǎng)壓區(qū)；升弓條件滿足司機(jī)給升弓命令，網(wǎng)壓檢測(cè)裝置采集到直流網(wǎng)壓信號(hào)送給TCU，TCU確認(rèn)內(nèi)部的6極電動(dòng)隔離開關(guān)處于直流位；主斷合條件滿足后自動(dòng)合直流主斷11-Q06。如圖3所示，直流主斷環(huán)回路通道為：110 V+經(jīng)21-F01開關(guān)，主、副緊急按鈕，主變壓器布赫開關(guān)，受電弓隔離塞門，機(jī)車模式開關(guān)，交直流轉(zhuǎn)換開關(guān)DC位；經(jīng)TCU將高電平輸出到E38_16通道(TCU后主斷環(huán)DC回路閉合)A34_08、A33_08為TCU隔離時(shí)提供旁路。CCU在正常情況下閉合A31_03或A32_03(直流主斷合預(yù)備通道)，21-K102中繼閉合，CCU閉合A31_04或A32_04(主斷合通道1)，21-K103中繼閉合，隨后A33_06或A34_06閉合(主斷合通道2)，驅(qū)動(dòng)=21-K105中繼閉合；當(dāng)=21-K102、K103、K105中繼都閉合后，直流主斷=11-Q06得電閉合。最后21-K105斷開，通過限流電阻(R1、R2、R3、R4)保持閉合。

圖3 直流主斷環(huán)路

機(jī)車在升弓后無法合主斷，檢查I/O相關(guān)節(jié)點(diǎn)如下：E36_16交流網(wǎng)壓檢測(cè)閉合、E31_06主斷硬線環(huán)路閉合、E32_14交直轉(zhuǎn)換開關(guān)在AC位、E37_16 TCU后主斷環(huán)未閉合：TCU1檢測(cè)到故障A33_07旁路信號(hào)未閉合。

測(cè)量PCC1邊插X1插頭的X1：5點(diǎn)為高電平，檢查發(fā)現(xiàn)主斷插頭17、18點(diǎn)導(dǎo)通，進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)TCU1采集的主斷反饋輔助觸頭卡合，更換此組故障觸頭后正常。

該故障的檢測(cè)原理為：機(jī)車在網(wǎng)壓檢測(cè)裝置檢測(cè)到交流網(wǎng)壓，交直流轉(zhuǎn)換開關(guān)處在正常位置，主、副緊急按鈕，變壓器布赫繼電器，受電弓隔離塞門等主斷環(huán)路正常，機(jī)車模式在正常位，交直轉(zhuǎn)換開關(guān)在AC位，TCU在無故障時(shí)應(yīng)輸出高電平到E37_16，然后CCU輸出A31_01或A32_01使21-K08閉合，輸出A31_02或A32_02使21-K09閉合。21-K08、K09皆閉合后，主斷11-Q04得電閉合；故障時(shí)刻TCU檢測(cè)到異常信號(hào)E37_16斷開，從而導(dǎo)致機(jī)車無法閉合主斷。

4 結(jié)語

由于南非20E雙流制機(jī)車采用25 kV和3 kV兩種供電制式，在電路結(jié)構(gòu)上相對(duì)其他機(jī)車來說更加復(fù)雜，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)故障的處理，需要結(jié)合機(jī)車電氣原理圖及相應(yīng)產(chǎn)品的邏輯結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行分析。本文針對(duì)典型故障進(jìn)行介紹，并結(jié)合相關(guān)電氣原理圖進(jìn)行分析，為后續(xù)類似問題的解決提供一定的幫助。