和諧型電力機車C6 修電線路老化原因分析及檢測方案研究*

白 鋒，容長生，寇樹仁，侯曉燕

（1 中車大同電力機車有限公司，山西大同 037038；2 中國國家鐵路集團有限公司，北京 100844；3 中車戚墅堰機車有限公司，江蘇常州 213011）

電線電纜作為電力機車的血管，擔負著電力機車能量傳遞、控制信號傳輸等重要任務。其可靠性高低直接關系著機車的正常運用和行車安全。對于和諧型電力機車而言，按照功能分類，機車上的電線電纜主要分為主電路、輔助電路和控制電路。文中對主、輔、控電路的線纜進行分析。

按照檢修規程管理辦法，和諧型機車C6 修分為3 個階段：驗證修階段（5 臺）、批量試修階段（30臺）、常規修階段。目前HXD1、HXD3、HXD3C型機車常規修規程已發布。其他幾種車型驗證修、批量試修規程也已確定。其中關于線纜的檢修情況見表1：

表1 和諧型機車C6 修線纜檢修內容對比表

由表1 可以看出，目前HXD1型機車C6 修已經實現電纜不更新。而其他幾種車型對電線電纜的檢修除主電路以外，輔助電路和控制電路主要以更新為主，缺乏系統的檢測和研究。

為了深入貫徹落實中國國家鐵路集團有限公司對C6 修數據檢修、精準檢修、經濟檢修的理念和可靠性全面恢復的定位，建立機車全壽命周期大數據分析平臺。在C6 修時對機車上的電線電纜進行系統的研究分析，不僅可以掌握和諧型電力機車在運用一個C6 修周期后，機車上電線電纜的老化狀態和質量變化規律，同時也可以積累寶貴的檢測數據，為后續機型C6 修規程的制定和優化提供數據支撐。

1 線纜老化原因分析

通常電線電纜老化故障的最直接原因是絕緣降低被擊穿。導致線纜絕緣降低的因素很多，根據實際機車運用經驗，歸納起來有以下幾種情況：

1.1 外力損傷

在電力機車線纜中，部分線纜因固定不良或者防護不到位，導致線纜接磨，造成線纜絕緣破損。此類故障多出現于有相對位移的部位，如車體與轉向架連接線纜。

1.2 絕緣下降

由于外部環境影響，如雨天或者南方潮濕天氣，造成線纜絕緣下降導致擊穿故障。

1.3 化學腐蝕

因機車部分部件漏液，如空調冷卻液、變流裝置冷卻液泄露，導致線纜被浸泡腐蝕，造成線纜絕緣損傷老化。

1.4 長期過負荷運行

由于機車長時間高負荷或過負荷運行，線纜持續發熱，導致線纜絕緣加速老化。

1.5 其他原因

主要包括線纜的使用環境等。由于電力機車內部較為封閉，部分電氣屏柜內更是通風不良，且有電阻、電容等發熱部件。高溫的運用環境也會加速線纜絕緣老化。

2 和諧型電力機車C6 修電纜不更新可行性分析

2.1 從電纜選型分析

通 過 對 比 分 析HXD1、HXD2、HXD33 種 車 型，可以得出和諧型電力機車上主要工作電壓，見表2。其他車型如：HXD1B、HXD2C、HXD3D等，雖然電壓不能完全與這3 種車型一致，但其電壓等級基本相同，不再列舉。

表2 和諧型機車主要工作電壓對比表

各個主機廠在機車設計電纜選型之初，就充分考慮了電纜承受電壓的冗余量。以HXD2型機車為例，其主電路選用了3 000 V 電壓等級電纜，實際運用電壓為950 V；輔助電路選用了1 500 V電壓等級電纜，實際運用電壓為380 V。電纜的電壓等級遠遠高于實際運用電壓，這樣既保證了機車電路安全性，也為和諧型電力機車C6 修電纜不更新留下了余量。

2.2 從電纜設計壽命分析

通過研究和諧型電力機車所用電纜的技術規范可知，大部分電纜都在技術規范中規定了設計使用壽命。以某型高壓電纜（3 000 V、1 500 V）為例，其設計壽命為：120 ℃條件下連續使用；140 ℃條件下累計使用20 000 h。可以看出，其使用壽命與其運用環境有著重要的聯系。在合適的工作環境下，電纜的使用壽命遠大于C6 修周期，不必更新。

3 檢測項點分析

根據中國國家鐵路集團有限公司對C6 修可靠性全面恢復的工作定位。完成C6 修的和諧型電力機車，其電路系統必須能夠安全、可靠的傳輸電能及信號。通過對HXD1、HXD3、HXD3C、HXD2等車型在驗證修和批量試修階段機車線纜狀態的調研發現：C6 修入廠機車線纜狀態良好，功能正常。由于C6 修機車畢竟使用了十多年，機車電纜均存在不同程度的老化，我們不能完全按照新造時的檢測標準來衡量C6 修時的線纜。因此我們在C6 修階段，根據線纜的老化原因提出有針對性檢測要求。既要保證C6 修后的機車電線路的安全性、可靠性，也要考慮檢測項點的準確性和適用性，同時兼顧經濟性。具體項點如下：

3.1 良好的導電性能

即導體的電阻要小，從而保障導線通過電流時產生的導線損耗較小。導電性能可通過導體直流電阻反應出來。我們可以使用比較法，同時檢測兩組（或多組）相同型號規格的新品線纜和C6 修機車上取樣的線纜。比較兩組線纜的直流電阻值，從而評估C6 修機車線纜的導電性狀態。直流電阻測量可采用單臂直流電橋或雙臂直流電橋，具體檢測方法可參照GB/T 3048.4-2007 電線電纜電性能試驗方法第4 部分：導體直流電阻試驗［1］。

3.2 優良的絕緣性能

良好的絕緣性能要求線纜絕緣層的絕緣電阻要高；絕緣層被高電壓破壞（擊穿）的抵抗能力要強，即絕緣層的擊穿試驗電壓值要比工作電壓有較大的裕度。此項可通過絕緣電阻試驗檢測和工頻耐壓試驗檢測。

3.2.1 絕緣電阻試驗

絕緣電阻是電線電纜絕緣特性的重要指標，它反映了線纜承受電擊穿或熱擊穿的能力，同時也反映了絕緣材料在工作狀態下的耐損耗的能力。絕緣電阻可用直流比較法和電壓電流法檢測。具體檢測方法可參照GB/T 3048.5-2007 電線電纜電性能試驗方法第5 部分：絕緣電阻試驗［2］。

3.2.2 工頻耐壓試驗

電線電纜的絕緣強度取決于其絕緣結構與絕緣材料承受電場作用而不發生擊穿破壞的能力，因此需要通過工頻耐壓試驗來判斷其性能好壞。耐壓試驗須按照檢修技術規程的規定進行，并不得發生擊穿或閃絡。

3.3 良好的機械特性

線纜在電力機車中，雖然大部分都處于線槽、線管之中，并有可靠的固定和綁扎，但也有部分線纜處于受力狀態，如部分屏柜之間的連接線纜、車體與轉向架之間的連接線纜等。因此在C6 修時對線纜原始機械性能進行檢測很有必要。線纜原始機械性能主要檢測3 個方面：即電纜絕緣厚度和外形尺寸、電纜的抗張強度及斷裂伸長率。

3.3.1 絕緣厚度和外形尺寸

測試方法：線纜的絕緣厚度和外形尺寸測量時，可采用讀數顯微鏡或者放大倍數至少10 倍的投影儀對線纜試樣進行測量。采用比較法同時測量新品線纜和C6 修線纜，C6 修線纜絕緣厚度和外形尺寸變化不得超過新品的±5%。

3.3.2 抗張強度

抗張強度即拉伸線纜試樣至斷裂時記錄的最大抗拉應力測試方法：選取至少5 條線纜試樣，且每條試樣的取樣長度為100 mm。然后使用拉力試驗機對線纜試樣進行測量并記錄相應數據。

3.3.3 斷裂伸長率

斷裂伸長率即線纜試樣拉伸至斷裂時，標記距離的增量與未拉伸試樣的距離的百分比，一般電力機車使用線纜的抗張強度和斷裂伸長率標準值見表3。

表3 線纜抗張強度和斷裂伸長率參考標準

3.4 防止線纜絕緣層熱老化

電纜在傳輸電流時，電纜因導體電阻發熱、介質損耗發熱等，其本身就是一個熱源。而溫度會影響線纜絕緣老化。因此在C6 修時，應通過線纜熱老化試驗和熱延伸試驗，來確定和諧型電力機車在C6 修階段的線纜狀態和質量變化規律。

熱老化試驗是將線纜試驗放入烘箱中加熱，加快其老化速度，然后進行拉力試驗，測量老化后的抗張強度和斷裂伸長率。此項試驗每種待測線纜須選取3 段約200 mm 長的線纜（盡可能靠近老化前拉力試驗取樣附近），將選取的線纜試樣垂直懸掛于烘箱中部進行烘烤，然后進行拉力試驗。具體試驗方法可參照GB/T 2951.12-2008 電纜和光纜絕緣和護套材料通用試驗方法第12 部分：通用試驗方法—熱老化試驗方法［3］。電力機車線纜熱老化試驗參考標準見表4。

表4 線纜熱老化試驗參考標準

4 檢測取樣分析

根據目前和諧型電力機車C6 修檢修流程，共分為驗證修、批量試修和常規修3 個階段。其中驗證修為5 臺，批量試修為30 臺。考慮到機車檢修的經濟性，C6 修線纜檢測取樣可采用分階段分批次進行。具體如下：

（1）驗證修階段：每臺機車均須檢測，按照線纜型號規格，每種線纜按規定標準取樣檢測。

（2）批量試修階段：抽取單號機車取樣檢測，按照線纜型號規格，每種線纜按規定標準取樣檢測。

（3）常規修階段：以5 臺機車作為1 組，隨機抽取其中1 臺機車取樣檢測，按照線纜型號規格，每種線纜按規定標準取樣檢測。共檢測5 組。

5 結束語

通過對和諧型機車C6 修時線纜主要老化原因進行分析，針對性地提出了對應的檢測項點及取樣方案。通過以上檢測項點可以有效檢測出C6 修時機車電纜質量狀態，對檢測合格的線纜繼續使用，對檢測不合格的項點進行更換。既保證了機車C6 修的檢修質量，又可以極大地節約C6 修檢修成本，符合中國國家鐵路集團有限公司經濟檢修的理念要求。