HXD2型電力機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 湖東電力機務段， 山西大同 037005)

為提高大秦線的重載運輸能力，促進鐵路裝備技術的現代化，2007年年底湖東電力機務段配備了HXD2型電力機車。受到大秦線機車牽引噸位高、周轉快、線路復雜等因素的影響，機車主斷隔離故障一直伴隨著機車使用過程，給大秦線重載運輸帶來了安全隱患，所以有效的控制主斷隔離故障十分必要，以下是對近年來HXD2型電力機車主斷隔離故障分析。

1 主斷路器原理及技術參數

1.1 基本原理

HXD2型電力機車安裝的是真空主斷路器(22CB)、接地開關(35KS)和避雷器組件，在每節機車車頂各安裝一臺，一臺機車安裝2臺主斷，可以在一臺主斷故障后使用另外一臺代替工作，實現主斷路器的冗余使用。該主斷路器可與35KS或36KS型號的接地開關、避雷器、電抗器直接配裝使用。它安裝在機車頂蓋上，是整車與接觸網之間電氣連通、分段的總開關，也是機車上重要的保護設備。

22CB型真空斷路器的特點是以真空作為絕緣介質和滅弧介質，利用真空狀態下的高絕緣強度和電弧擴散能力形成的去游離作用進行滅弧，其結構特點為：單斷口直立式、直動式氣缸傳動、電空控制，是一種新型的電力機車主斷路器，適用于干線交流25 kV各類型電力機車。與空氣斷路器相比，具有結構簡單、工作可靠、動作快、絕緣強度高、維修方便等優點。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，較大程度的減少機車事故，保證電力機車運用安全，同時與空氣斷路器相比延長了主斷路器的檢修周期，減少了維修時的工作量，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，壓縮空氣經空氣過濾器后到調壓閥，調壓閥將壓力調整為483～497 kPa后送入儲氣缸。

圖1 22CB型真空斷路器工作原理圖

1.2.1主斷合閘過程

司機通過主斷路器扳鍵開關置“合”位，電磁閥線圈得電，電磁閥閉合，儲氣缸中的壓縮空氣一路經電磁閥進入中繼閥的控制腔，打開中繼閥，另一路通過中繼閥送入風缸。驅動活塞、絕緣推動桿和主斷路器的動觸頭上移，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位，將風缸內的壓縮空氣釋放掉。絕緣推動桿和主斷路器的動觸頭在彈簧彈力作用下，向下移動，打開觸頭。

1.3 22CB型真空斷路器主要技術參數

型號 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

固有分閘時間/ms <40

閉合時間/ms <115

額定控制電壓/V 110(DC)

2 常見故障現象、原因分析及對策措施

HXD2型電力機車主斷隔離原因主要有：(1)主斷控制與聯鎖反饋信號不符時主斷隔離。(2)原邊電流過流時主斷隔離。(3)主接觸器和預充電接觸器機械卡住時主斷隔離。(4)主變壓器無油循環信號時主斷隔離。(5)主變壓器油溫大于115℃時主斷隔離。(6)主變2個溫度傳感器的測量值不在正常范圍時主斷隔離。當主斷隔離后，我們可以下載機車數據，通過分析機車數據來查找具體故障原因。

2.1 控制與反饋信號不符

2.1.1主斷未斷開(故障代碼：00-21-1E)

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

原因分析及故障判斷：在正常情況下，常開聯鎖送出的信號是低電位，常閉聯鎖送出的信號是高電位，機車通過聯鎖送出的信號來判斷主斷當時的狀態，如果4個聯鎖送出的信號異常時，機車主斷隔離。我們可以通過4個變量的狀態判斷故障原因。例如4個變量都是低電位時，我們考慮主斷電源是否送入主斷。如果其中某個變量輸出異常時，我們可以查找低壓聯鎖相關回路來確認故障，按照日常檢修經驗，這種情況一般都是主斷未斷開或內部低壓聯鎖故障造成的，我們可以通過更換主斷或更換低壓聯鎖的方法來處理。

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)，人為閉合主斷而主斷沒有閉合，結果5 min內出現3次，主斷隔離。

原因分析及故障判斷：根據主斷工作原理我們首先檢查主斷風壓是否在正常范圍內(483～496 kPa)，主斷閉合時內部是否漏風；其次在閉合主斷扳鈕時，檢測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)

當原邊電流傳感器測量的原邊電流值大于額定值225 A時，主斷被隔離。

原因分析及故障判斷：當原邊電流值超過額定值時，為了保護其他部件不受損壞，主斷被隔離。首先查找是否因為車頂高壓電器放電引起電流值超過額定值，查明放電原因并處理即可。如果車頂沒有放電，我們首先要測試主變壓器絕緣，并化驗主變壓器油。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故障造成接收測量電流值錯誤引起。

2.3 主變壓器油路不符合要求

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

①無油循環電路1(故障代碼：40-23-00)。在牽引逆變器運行，且變壓器溫度大于15℃時，1號油流繼電器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，用來測量油泵的其中一項電流，當油泵工作后，油泵的工作電流大于油流繼電器的動作電流時，繼電器動作，常開聯鎖閉合，將110 V信號送至電器電路，從而判斷油泵運行情況。

如果沒有油流繼電器輸入，應該檢查油泵保險DJ-PH1是否斷開，如果DJ-PH1斷開，需要進一步確認DJ-PH1斷開原因。如果DJ-PH1正常考慮油流繼電器故障，需要查找油流繼電器相關回路進行處理。

②無油循環電路2(故障代碼：40-23-01)故障判斷同上。

(2)油溫保護(故障代碼：00-23-04)。主變壓器上安裝了一個溫度繼電器Q1(TPH)，當主變壓器溫度超過115℃時，起超溫保護，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作用，目前我段機車運用中尚未發生該故障，如果發生此類故障，我們首先應該測量主變壓器溫度，確認油路循環狀態，最后考慮溫度繼電器Q1(TPH)和溫度中間繼電器QQ1(TPH)是否誤動作造成。

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

①油溫傳感器1故障(故障代碼：40-23-08)當它的測量值不在正常范圍，即：3.5 mA>E_CA_CAITTFP>20.5 mA，持續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軟件監視變壓器溫度值，根據監視的溫度值判斷故障原因，因溫度傳感器測量值直接傳送給MPU，所以在處理此類故障時,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。監視界面如圖2。

圖2 變壓器溫度監視界面圖

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的控制信號與反饋信號不一致時，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)

當機故(機械故障)開關Z(IS)LOC在隔離位時，主斷被隔離，將機故開關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主接觸器機械式卡住(故障代碼：00-21-41)

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

2.4.5預充電接觸器機械式卡住(故障代碼：00-21-47)

電機隔離，電機隔離后導致預充電接觸器控制電源被切除，但仍然有反饋信號，主斷隔離，通過更換預充電接觸器即可處理。

2.5 對策與措施

通過對造成主斷隔離故障原因的分析，我們發現易出現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、主接觸器和預充電接觸器等，在日常檢修中應該加強檢查，高壓多次斷合試驗。

2.5.1車頂高壓電器

機車車頂重點檢查試驗高壓電器功能正常，連接及固定狀態良好，并對車頂各類瓷瓶進行防污閃處理，日常保證清潔，測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、風管接頭緊固，無漏風現象，確認主斷風壓符合要求，主斷下車檢修在試驗臺測試，測試主斷各參數符合要求。

2.5.3主變壓器及保護

加強油泵狀態的檢查試驗，機車高壓試驗時，使用eTrain軟件檢測主變壓器溫度參數，并按時對主變壓器油進行化驗。

2.5.4主接觸器及預充電接觸器

重點檢查接觸器觸頭狀態，低壓聯鎖及接線，風管插接狀態確認。測量接觸器線圈阻值符合要求。試驗接觸器斷合狀態良好。

3 結束語

HXD2型電力機車微機控制系統允許地面維護人員通過專用維護筆記本電腦，利用串口進行檢修維護工作，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作業工作量和時間。所以在故障發生后，我們要運用好機車數據分析，通過數據分析查找故障發生的原因，查明原因后徹底處理機車故障。日常檢修工作中使用好eTrain軟件，對能夠監測的參數進行監測，確認各參數符合技術要求。

[1] 耿志修.大秦鐵路重載運輸技術[M].北京：中國鐵道出版社,2009.