SS4改型機車主斷路器故障分析及防范措施

劉學剛　傅曉倩　古家彬

摘要 本文針對SS4改型機車主斷路器故障現象分析其故障原因，從而提出改進措施。

關鍵詞：現象；原因；措施

概述：隨著目前真空主斷路器在 SS4 改型機車上的推廣使用，機車的可靠性有了明顯的提高。為了充分利用真空主斷路器本身所具備的大容量和高可靠性等優點，進一步提高 SS4 改型機車的可靠性及性能，本文提出對 SS4 改機車網側電路進行優化改進的方案， 即改變機車真空主斷路器的接人電路，從而改變其工作模式，以此來達到優化機車網側電路和提高機車可靠性和性能的目的。

1.故障現象

SS4改型機車為兩節車重聯運行，當某一節車的保護動作后，需單節車運行時可以切除故障節維持運行。然而實際運用中乘務員應急處理時將主斷路器故障隔離開關置故障位，在切除故障節機車后容易造成兩節車主斷路器都不閉合，處理不當時甚至導致機破，從而給運輸生產帶來影響。SS4改型機車劈相機為異步電動機，采用分相起動。在劈相機起動時需先投入一個起動電阻，在劈相機起動即將完成時再甩開起動電阻進入正常工作狀態。然而實際運用中經常存在劈相機起動電阻甩不開的現象，造成劈相機起動電阻過熱燒損，甚至釀成火災。

2.故障原因分析

2.1 滅弧室瓷瓶和非線性 電阻瓷瓶炸損

該故障有時是滅弧室瓷瓶斷損或炸損，有時是滅弧室瓷瓶與非線性電阻瓷瓶同時斷損或炸損，為機車主斷路器的主要破壞性故障。原因主要有：（1）瓷瓶材質不佳。材質不佳主要是指瓷瓶材質具有冷脆性和表面易發生爬電，在天氣嚴寒或有霧環境下更為明顯。 （2）瓷瓶機械強度低 ，滅弧室瓷瓶受機械力作用易于斷損。當主斷路器動靜觸頭開斷時 ，儲風缸壓力700～900 kpa 的壓縮空氣進入滅弧室瓷瓶內，打開主斷路器動靜觸頭，沖力為水平方向。而動觸頭及金屬器件質量大，且裝于滅弧瓷瓶根部，瓷瓶受重力用，動觸頭在滅弧室瓷瓶的壓縮空氣力（機械力）和動觸頭裝置自身重力聯合作用下開閉極易造成斷損，如果是冬季，加上瓷瓶材料冷脆性，約1/3的瓷瓶斷損是在動觸頭根部 ，斷損面似平面。這說明瓷瓶在與動觸頭金屬器件連接處應力集中。（3）非線性電阻瓷瓶炸損。由于滅弧室瓷瓶斷損或炸損時機車處于正常運用工況，主斷路器隔離開關尚在閉合位，高壓大電流瞬間流經非線性電阻 ，導致電阻嚴重過熱而爆炸。如果氣溫低，電阻瓷瓶內外溫差大，內部形成水汽 ，非線性電阻瓷瓶爆炸機率更大。

2.2 主閥卡位

主閥卡位就是主閥活塞卡在主閥閥體中某一位置 ，導致主斷路器儲風缸通過滅弧室直接與大氣相通。在實際運用中，主閥卡位故障率很高 ，而且有時必須更換整臺主斷路器 ，嚴重影響機車運用效率。主閥卡位故障的原因大體分為：（1）主閥閥體和活塞材質熱膨脹系數不同。主閥閥體采用鑄造黃銅，而活塞材質采用拉伸黃銅棒加工，拉伸黃銅熱膨脹系數大于鑄造黃銅，在機車電氣設備工作發熱時，車內溫度高于大氣溫度，活塞膨脹量大，造成卡位。（2）主閥閥體與活塞配合尺寸不盡合理。對故障的活塞進行外圓檢查測量，發現外圓直徑在 69 .95 ～69.98mm ，外圓與閥體內圓不是全圓接觸，這說明機加工精度。對狀態好的主斷路器活塞外圓進行測量 ，大多直徑69.88 mm左 ，證明活塞加工的公差應在0.07 ～0.10 mmO 由于活塞結構較薄（最厚的約 6 mm），全長約為 22 mm ，這樣的尺寸公差，機加工精度得不到保證，活塞的精度低，導致活塞卡在主閥體內。

2.3 起動閥故障

起動閥故障主要是閥桿彎曲變形。分閘閥桿變形造成壓縮空氣無法進入主閥，使主閥進風閥口打開，儲風缸的壓縮空氣不能進入滅弧室；合閘閥桿變形使壓縮空氣無法進入傳動氣缸，推動活塞動作完成合閘。

2.4 傳動機構卡滯

傳動機構卡滯主要指傳動風缸內部活塞與銅套間滑動不靈活，活塞行程不到位，造成隔離開關無法閉合到位。其原因主要有：（1）傳動風缸套筒與活塞桿的徑 向間隙小。測量發現傳動氣缸內徑在 63～63.1 mm之間， 而活塞桿直徑在62.98～63.04 mm間 ，有些配合間隙小0.03 mm ，從而導致活塞動作卡滯。（2）滑動面油脂潤滑不良。傳動氣缸解體檢查后，組裝前應對各潤滑面涂少量潤滑油脂。

3.改進措施

3.1 控制精度

工藝要求主閥體活塞孔徑不得大70.05mill，主閥活塞直徑不得小于69.85 mill。由此可以算出主閥活塞與主閥活塞孔徑配合間隙不得大于 0.20 mm。但從主斷路器故障分析來看，主閥活塞體與主閥活塞孔徑配件間隙超過0.15 mm以后就出現漏風現象；低于0.10 mm，主閥活塞在活塞孔內不能活動自如。針對以上現象要求在檢修中將主閥活塞與主閥活塞孔徑間隙掌握在0.10～0.15mm范圍之內。另外為了解決主閥活塞容易卡位故障，我們改用鋁合金活塞。此類活塞比原用活塞厚1mm，可以解決往復運動中心偏差問題。

3.2 改進高壓 電工瓷瓶材質

新造瓷瓶應作低溫性能試驗和污穢實驗或采用硅橡膠瓷瓶，提高耐寒性和抗表面爬電能力， 以適應沿海城市及高寒地區電氣化鐵路的需要。

3.3 非線性電阻由碳化硅改為氧化鋅

氧化鋅電阻抑制過電壓性能好，通流容量大，抗老化能力強，能有效防止電阻通過大電流時的過熱燒損。

3.4 改善主閥活塞的制造工藝

閥活塞采用精密控制機床加工；在活塞與主閥體內腔配合尺寸公差選配中，活塞外圓公差盡可能選用下偏差，以保證活塞在閥體內腔有一定松動量，避免因材料熱膨脹系數不一導致主 閥卡位。

3.5 注意機車的檢修和日常保養

為防止主閥活塞卡位以及傳動機構卡滯，對運用機車主斷路器進行整修。夏季在修機車前，主斷路器都應逐臺下車整修和檢查，著重檢查主閥活塞外圓處與閥 內的接觸松緊量，傳動氣缸套筒與活塞的徑向間隙。整修和檢查時，對公差不合格的和變形的活塞進行處理或更換 ，以提高主斷路器的檢修質量。

4.總結

我們嚴格控制主閥活塞與活塞孔徑的配合間隙。半年多的實踐證明，采取的措施是得當的，檢修后的主斷路器再沒有出現主閥卡位或漏風現象。通過此類故障的解決，充分表明只要認真分析原因，制定合理的解決措施，慣性故障是可以得到解決的。

參考文獻：

[1]黃輝.關于SS4改型機車562KA及283AK繼電器控制回路故障的原因分析及改進措施[期刊論文]-數字化用戶，2014（6）