一起HXD2B型機車機械間通風斷路器跳閘原因分析及對策

陳亞東 陳 猛 中國鐵路上海局集團有限公司合肥機務段

1 問題的提出

2018年11月，合肥機務段HXD2B-0014機車多次出現運行途中機械間3通風斷路器頻繁跳開故障，而機車在庫內進行機械間通風機運轉試驗一切正常。

測量機械間3通風風速符合要求，機械間3通風電機三相工作電流正常；測量機械間3通風電機定子三相繞組阻值正常，無斷路或阻值不均勻現象；人為轉動機械間3通風機正常，無卡滯、異音；檢查機械間3通風接觸器、機械間3通風斷路器、機械間3通風電機電源插頭及其接線均未見異常；更換機械間3通風接觸器及機械間3通風斷路器后故障依然存在。

最終發現該問題為牽引電機3通風濾棉過臟而堵塞正常進風口所致。但為什么庫內進行機械間3通風機運轉試驗卻未見異常？怎樣才能在庫內有效地進行機械間3通風機運轉試驗呢？

2 機械間3通風裝置工作原理

（1）機械間3通風機由機械間3通風電機M-VT-SM3驅動，該電機為三相交流異步電機，電源為額定電壓400 V的三相交流電，由機械間3通風接觸器C-VT-SM3控制，機械間3通風斷路器DJ-VT-SM3提供過流等電氣保護，當機械間3通風電機出現過流、過載情況時，機械間3通風斷路器就會自動跳開，切斷機械間3通風電機電源。其供電電路原理如圖1所示。

圖1 機械間3通風電機M-VT-SM3供電電路原理圖

（2）如圖2所示，機械間3通風機與牽引電機3通風機的進風口是相互連通的，上面為機械間3通風機，下面為牽引電機3通風機。

圖2 機械間3通風機與牽引電機3通風機進風口

機車運行途中機械間3通風及牽引電機3通風正常風路如圖3所示（箭頭為空氣流動方向）：機械間3通風機正轉，使空氣從車外依次經牽引電機3通風過濾器、牽引電機3通風濾棉、機械間3通風濾棉進入機械間，再經機械間出風口排出車外；牽引電機3通風機正轉，使空氣從車外依次經牽引電機3通風過濾器、牽引電機3通風濾棉進入牽引電機3，再經牽引電機3出風口排出車外，以達到冷卻牽引電機3的目的。

圖3 機車途中運行時機械間3通風及牽引電機3通風正常氣流示意圖

（3）機車主斷閉合后變頻輔助負載是按一定順序啟動的，系統每隔5 s控制一個變頻輔助負載啟動，根據該順序可以很容易算出牽引電機3通風機與機械間3通風機在啟動時間上相差10 s，即：牽引電機3通風機啟動10 s后機械間3通風機才開始啟動。

3 原因分析

（1）機車在庫內升弓合主斷后，只要機械間溫度達到10℃以上，機械間3通風接觸器C-VT-SM3就會閉合，再加上人為切除輔變，機械間3通風機便會全速運轉，但牽引電機3通風機卻并不運轉。雖然此時因牽引電機3通風濾棉過臟而導致正常進風口堵塞，但機械間3通風機完全可以從牽引電機3出風口將空氣倒抽入機械間（如圖4所示），所以庫內試驗時機械間3通風電機不會過載，其工作電流正常，機械間3通風斷路器不會跳開，測量機械間3通風風速也正常。

圖4 （正常進風口堵塞）機械間3通風機單獨運轉時氣流示意圖

（2）機車在正常運行途中，牽引電機3通風機是要運轉的，以對牽引電機3進行強迫通風冷卻，而且每次過完分相主斷重新閉合后都是牽引電機3通風機先啟動，但此時由于牽引電機3通風濾棉過臟而導致正常進風口堵塞，以至于牽引電機3通風機經機械間3通風濾棉及機械間3通風機葉輪將空氣倒抽入牽引電機3（如圖5所示），又由于牽引電機3通風機的功率要遠遠大于機械間3通風機，所以牽引電機3通風機運轉形成的較強氣流會反向推動機械間3通風機葉輪，使機械間3通風機很快以較高的速度反轉。在牽引電機3通風機啟動10 s后，機械間3通風接觸器閉合，接通機械間3通風電機（三相交流異步電機）電源，但該電機轉子此刻正處于反轉狀態，所以此時產生的電磁轉矩的方向與轉子轉向相反，電機轉差率s大于1，電機處于電磁制動狀態，而且牽引電機3通風機運轉產生的較強氣流對機械間3風機葉輪所施加的反向作用力較大，以致于機械間3通風電機啟動時的三相電流極大且持續時間也較長，從而使機械間3通風斷路器起保護而跳開。

（3）試驗證明，在牽引電機3通風濾棉過臟而堵塞正常進風口的情況下，即使機械間3通風機先啟動運轉而牽引電機3通風機再啟動，機械間3通風電機也會因為牽引電機3通風機運轉產生的較強氣流而過載，嚴重時也會導致機械間3通風斷路器跳開。

圖5 （正常進風口堵塞）牽引電機3通風機單獨運轉時氣流示意圖

4 結論

（1）HXD2B型機車的整個機械間通風系統由3個獨立的機械間通風裝置構成，分別稱為機械間1、機械間2及機械間3通風裝置，三個通風裝置的結構及工作原理基本一樣，所以上述對機械間3通風裝置的分析同樣適用于其它兩個通風裝置。

（2）一般HXD2B型機車庫內進行機械間通風機運轉試驗都是在對應牽引電機通風機沒有運轉的情況下進行的，稱之為“靜態試驗”。“靜態試驗”與機車正常運行途中機械間風機的運轉環境是有很大不同的，尤其是在對應牽引電機通風濾棉過臟而堵塞正常進風口的情況下，這就是機車在運行途中機械間通風斷路器頻繁跳開但庫內進行機械間通風機運轉試驗卻正常根本原因。

5 對策

綜前所述，若要在庫內進行有效的機械間通風機運轉試驗，必須設法使對應牽引電機通風機全速運轉起來，此時的試驗可稱之為“動態試驗”。具體方法為：切除輔變1、4（或2、3），將單閥、自閥手柄均置“全制動”位，然后將牽引/制動手柄緩慢推入牽引區（主DDU屏顯示牽引輸出百分比不要超過5%）并保持30 s以上，等待各牽引電機通風機依次啟動并全速運轉，然后便可以觀察各機械間通風斷路器是否跳開，測量各機械間通風風速及機械間通風電機三相工作電流了。

“動態試驗”能夠重現機車運行途中機械間通風機的工作狀態，此時測量的機械間通風風速才能夠真正反映對應牽引電機通風濾棉狀況，對相關故障的判斷極具參考價值，目前已在合肥機務段推廣，效果良好。