HXD1D型電力機車主斷路器故障原因分析及對策

曲東升

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

關鍵詞：電力機車；主斷路器；原因分析；對策

1.引言

HXD1D型0003至0007號電力機車自2013年9月至2014年3月在我段進行運行考核，2014年6月份開始，我段逐步配屬HXD1D型電力機車，至目前共計配屬HXD1D型電力機車62臺，隨著配屬機車逐步上線使用，主斷路器合不上以及跳主斷的故障時有發(fā)生，給運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行簡要分析，同時針對主斷路器故障原因，提出了改進建議和措施。

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、高壓接地開關常閉觸點、U99鑰匙箱、壓力釋放閥常閉觸點、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、接地開關和壓力釋放閥等重要部件，以保證在重要部件動作時主斷迅速分斷。如布赫繼電器動作，表示主變壓器可能存在短路放電，主斷迅速分斷以確保主變壓器故障不進一步擴大化。

由圖1、圖2可知，合主斷中間繼電器在合主斷時必須閉合，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)點信號、輔機測試轉(zhuǎn)換開關、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)動機構(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，導致機車主斷路器運行中發(fā)生故障，我段因主斷自身故障更換主斷路器共計發(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機車在某輪乘段庫內(nèi)檢車作業(yè)試驗時，發(fā)現(xiàn)真空主斷路器出現(xiàn)閉合后有排風不止現(xiàn)象，經(jīng)廠方服務人員現(xiàn)場確認，無法修復，更換真空主斷路器備品，更換后高壓試驗真空主斷路器分、合良好。對故障主斷路器進行檢查試驗，發(fā)現(xiàn)觀察電磁閥先導閥排氣口與防護罩的間距消失，電磁閥排氣口緊貼在保護罩上，合主斷，電磁閥排風異常，主斷路器卡合故障。輕抬保護罩與排氣口的

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

（2）2014年9月30日，我段配屬的HXD1D-0126機車在輪乘段使用過程中，因機車跳主斷停車，司機處理后開車。機車到段后，對機車數(shù)據(jù)進行下載分析，發(fā)現(xiàn)故障時間內(nèi)多次合主斷后馬上跳開，經(jīng)司機多次斷電復位合主斷操作后，機車恢復正常。對主斷路器進行更換，故障主斷路器進行分解檢查，檢查發(fā)現(xiàn)AMP15芯插頭及插座，插頭內(nèi)7點插針存在明顯縮針現(xiàn)象，同時有電流燒灼的痕跡。APM15芯插頭6、7點為保持線圈點位，7點縮針，會造成保持線圈回路接觸不良，導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機車在結(jié)束牽引任務到達上南站后，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行排除，確認為真空主斷路器絕緣不良，打開高壓接地對主斷輸出端進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機車在途中運行時跳主斷，同時IDU顯示受電弓隔離塞門打開，主斷硬件回路斷開，機車回段檢查U99鑰匙箱存在異常，對鑰匙箱進行更換后試驗良好。2015年我段共計發(fā)生3起因U99鑰匙箱故障導致機車主斷合不上，分析原因，主要問題是U99鑰匙箱犯卡或漏風，造成U99觸點信號斷開，=21-A11-K01線圈失電，主斷斷開。

（2）2014年我段開始配屬HXD1D型機車以來，共計發(fā)生17件布赫繼電器報警碎修預報，主要是機車入庫后，通過檢索微機屏，查詢故障記錄發(fā)現(xiàn)有布赫繼電器報警記錄，結(jié)合微機數(shù)據(jù)和6A視頻分析，故障主要原因為乘務員在庫內(nèi)進行試驗導致。布赫報警動作后，=34-E01觸點斷開，=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、接地開關故障，變壓器壓力釋放閥動作等，都會使主斷路器跳閘。

3.3主斷閉合軟件保護

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

（2）2014年7月22日，HXD1D-0119機車，列車在停車辦客時，司機發(fā)現(xiàn)機車操縱臺顯示屏顯示ACC1（輔助逆變器1）故障，并跳機車主斷。機班對機車進行應急處理后，機車故障情況消除。機車回段后，查詢機車故障記錄，微機屏在10點08分記錄“ACC1元件故障、ACC1的W相上管保護、TCU1保護性牽引封鎖、TCU1保護性分主斷、輔助逆變器1元件保護”，庫內(nèi)單機試驗情況正常。判斷為輔逆變1模塊存在故障，對模塊進行更換，庫內(nèi)試驗正常。結(jié)合我段后期兩年內(nèi)共計發(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)壓波動大對輔逆變模塊故障也造成了一定的影響。

圖6故障時網(wǎng)壓波動大

（3）2014年7月29日，HXD1D-0117機車擔當客運牽引任務，過分相后跳主斷，同時IDU屏顯示TCU1隔離，司機再次合主斷后進行正常牽引回段。回段后，對該車微機數(shù)據(jù)進行下載分析，檢索發(fā)現(xiàn)故障發(fā)生時，為機車TCU1原邊過流，TCU1保護性分主斷。分析原邊過流原因為主斷閉合瞬間會出現(xiàn)較高的原邊電流，在過分相時，表現(xiàn)更為頻繁，此時檢測原邊電流超出850A峰值后產(chǎn)生保護。

除以上邏輯保護外，CCU軟件保護還包括[2][3]：控制受電弓主斷路器單極斷路器狀態(tài)、受電弓控制風缸空氣壓力、DXM是否有強迫斷主斷請求、主變流器水位保護、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）針對電磁閥漏風故障，由廠方在段結(jié)合修程根據(jù)實際尺寸在電磁閥先導閥桿排氣口上方增加排氣空間，即在保護蓋對應位置開孔，確保電磁閥正常排風。同時對所有新造HXD1D機車主斷路器防護罩進行改造，我段至2015年5月份對配屬機車所有主斷路器進行改造，效果明顯，近期因電磁閥漏風導致主斷故障的問題已得到了杜絕。

（2）規(guī)范乘務員操作，升弓后待網(wǎng)壓顯示正常后再進行合主斷操作。同時廠方已針對該問題優(yōu)化了CCU程序，對主斷合允許進行延時5S處理，即收到升弓反饋信號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)動板進行改造，將IGBT元件的開通時間由1.521us提高到1.869us，將IGBT元件的關斷時間由3006us提高到3.650us，即在同樣頻率下，加長了IGBT元件的開通和關斷時間，降低了實際應用中IGBT元件的開關速度，在網(wǎng)壓波動大的情況下，模塊故障率的降低，我段自2014年10月份開始試裝車兩臺后，運行至目前未再發(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)原邊過流故障導致分主斷。我段于2014年10月份開始對所有配屬機車TCU程序進行升級，升級后的機車均未再出現(xiàn)過同類故障。

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

（6）通過梳理上述HXD1D機車故障案例，制定解決主斷路器故障的快速排查方法，即當發(fā)生主斷故障時，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，應重點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重點對主斷路器軟件保護和主斷路器保持線圈是否正常進行檢查，從而及時查找出故障進行處置，提高乘務員及檢修人員應急處置及快速判別故障能力，降低主斷故障給運輸產(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施，我段62臺HXD1D機車主斷路器故障在今年下半年故障率明顯降低。同時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和參考作用。

參考文獻：

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

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

[3]涂旭.深度國產(chǎn)化HXD1型機車主斷路器異常分斷分析[J].軌道交通裝備與技術，2015年11月.