SS4G电力机车辅助风泵控制回路优化

叶 林 上海铁路局杭州机务段

近期有一线机车乘务员反映，在上班准备作业时，利用辅助风源进行升弓后打主风泵，在总风缸压力上升到350kPa时，发生受电弓沿接触网抖动，机车乘务员发现劈相机有堵转现象后随即断开主断。虽未造成后果，可在电气化区段由于弓网接触状态变化极易引发弓网故障。2009年2月4日福州机务段就发生了一起SS4G电力机车因升弓风压不足引起烧损接触网的一般C类事故。为此，笔者在对机车乘务员加强操纵流程规范的同时，对SS4G机车用辅助风泵升弓时，着重研究了是否可以实现机车在特定情况下的自主保护投入，以弥补机车乘务员在工作中因疏忽而引发的严重后果。即通过一定范围内的技术改造来达到方便机车乘务员，和保护行车设备的目的。

1 SS4G辅助风源系统的缺陷

由于SS4G机车的升弓系统是以风源为基础的，所以在设计之初考虑到了初始升弓状态的非常规性，在升弓风源的安排上采用了冗余设计。以总风缸、控制风缸、辅助风缸三级风源供给，并通过逆止阀相互隔离，从而实现升弓风源的常态化，从理论上说消除了因风源消失或不足对初始升弓状态的影响。但是在现场机车运用中，由于整备作业、监控试验和风路的泄漏，对于SS4G的风源存风量都会产生较大的影响，特别是在SS4G总风和控制风压均不足以满足升弓条件或维持升弓后弓网之间的静态接触压力时，我们就需要利用596SB对辅助风缸进行充风。现行的辅助升弓系统除了辅助风缸（105）、辅助风泵（96）外还设有逆止阀（107106）、放水阀（169）及辅助风压表。在正常情况下利用辅助风缸进行升弓时，只要人为将辅助风缸初始压力泵到升弓压力就能进行操作。但实践运用中由于辅助风缸存风量小（13.5L），相当于控制风缸的1/5，总风缸的1/10，升弓时即使风路容积发生较小的变化都会引起辅助风缸压力的明显降低（通过对SS4G1089、SS4G0870辅助风缸升弓实验，在机车升弓、合主断后，辅助风缸的衰减率约为初始压力的20%～30%）。此时若没有在第一时间被发现并再次补充，将会对升弓状态造成直接影响，甚至导致弓网事故的发生。

2 对辅助风源控制系统调整的必要性

辅助风源的补充是通过辅助风泵的人为驱动来实现的，在控制电路上是通过人为按下596SB使442KM线圈得电，再通过442KM的主触头向447MD励磁和电枢绕组供电。换言之就是打多少风是由按多久596SB决定的。这样，一方面需要人工长时间操作596SB给乘务员上班工作带来繁琐，另一方面由于长时间人为按压569SB对其触点和复原弹簧乃至447MD的使用寿命都造成了一定的影响。由于考虑到升弓的衰减率，需要有人员在其期间不间断的确认其压力，如低于规定值应及时按下596SB补充，但在单班单司机操纵或是只有一人升弓时，由于不能在第一时间确认机车辅助风缸压力而导致不能在风压衰减到临界值时及时充风补给，从而会对机车受电弓和接触网的接触压力造成一定的影响。

针对SS4G机车所采用的全手动打小风泵向辅助风缸补风模式，笔者认为其不足之处在于：一方面在人机控制上不能满足人机互控、备份冗余的模式，加之由于总风缸、控制风缸、辅助风缸容积大相径庭所以在用备份风源升弓时如不通过人为补充就会出现大幅衰减不利于维持受电弓与接触网的接触压力。另一方面是对辅助风缸压力检测不够快速有效，完全依赖乘务员对风压的人工控制，并且在出现压力不足以支持升弓时，也只有通过人工断电来防止。当遇到只有一人需要利用辅助风缸进行升弓操作时，由于在司机室不能第一时间确认辅助风缸压力表，所以也不能对升弓时辅助风压进行检测和补充，有悖于机车运用工作的安全导向原则。根据上述分析，笔者进一步探讨了辅助风泵控制回路技术改造方案。

3 辅助风源控制系统的优化方法

考虑到辅助风缸在升弓时风压变化的必然行，设想通过用风信号转化为电信号，再利用电信号传送到司机室和低压柜进行人机互控。在机车辅助风缸出口、控制风缸出库和总风缸出口管增设四个压力开关传感器，分别控制Y1（辅助）、Y2（辅助）、Y3（总风）、Y4（控制）压力开关，其动作值分别为800kPa、500kPa、450kPa、480kPa。 并 同 时 设 有1KT、2KT分别延时3S、5S，一方面用于缓和1Y、2Y风压信号的不稳定性，另一方面给司机确认和人为采取措施留有时间，避免频繁产生保护信号，以至影响机车。

为了避免乘务员长时间手按596SB，在442KM圈负端设Y1辅助反联锁，并在442KM圈正端和596SB之间增设442KM辅助正联锁实现442KM的自锁，从而以简单的操纵达到规定的升弓条件。考虑到双风泵冗余打风目的，在N681#增设GK1，当一节辅助风泵出现故障时可将其切除，利用甩单节升弓的方法进行配合操作。而在680#上增设1ZJ，用于在总风缸压力低于450kPa并且控制风缸压力低于480kPa时进入控制系统风压保护状态。在司机室状态显示屏增设XD1、XD2以及逆流二极管D1、D2，分别由 Y1、Y2 辅助正联锁控制，同时增设680G#、681G#技改线。在主断分闸信号544#后增加1ZJ和2KT延时吸合辅助低压反联锁，并使其串联用于自动控制低压保护投入。

4 辅助风源控制系统优化后的工作原理

当机车乘务员需要用辅助风缸进行升弓时，可在关闭两节169#塞门后按一下任意一节车的596SB按钮，两节车442KM同时得电。此时因442KM自锁联锁闭合，即可放开596SB，447MD会在其自锁联锁的驱动下继续全速运行（见图1）。当辅助风缸压力充到500kPa时其681G#上的Y2低压正联锁沟通控制台XD2灯显回路，XD2点亮告诉司机充风正常，辅助风缸正在建立压力，要求对风感压力继续跟踪观察。与此同时Y2低压联锁沟通2KT控制回路，风压保护信号被切除。

图1 线圈控制系统

随着辅助风缸压力继续上升，当压力达到800kPa时Y1压力开关被驱动，其低压正联锁沟通1KT控制回路，经过3S延时后通过1KT延时释放反联锁切断442KM线圈控制电路（见图2），辅助风泵停打，此时Y1另一对低压正联锁接通680G#的XD1灯显回路，此时控制台XD2、XD1同时点亮，告诉司机此时辅助风缸已经打到规定升弓压力，可以进行升弓作业（见图3）。

图2 压力延时控制系统

当升弓时出现辅助风缸风压衰减，与此同时由于Y1低压正联缩的释放XD1首先熄灭，告诉司机辅助风压正在衰减（正常情况下衰减到580kPa～600kPa即会进入稳压状态），此时2XD仍然点亮。

图3 操纵台提示灯显回路

若由于某种原因导致风压继续下降，当下降到500kPa以下Y2压力开关动作，其低压正联锁释放XD2熄灭，此时告诉司机辅助风缸风压已经接近正常升弓压力底值参数，需要立即补充（在XD1、XD2 回路中还增设 D1、D2，其作用是可通过状态显示屏的测试按钮对其进行检测，避免因灯泡故障而对升弓作业的风压信号造成误解）。Y2的另一个低压正联锁切断2KT控制回路，通过2KT的延时吸合反联锁以控制风压保护信号的输出。若此时总风缸风源未达到450kPa，控制风缸压力也低于480kPa，Y3、Y4压力开关同时被激发。Y4的一个低压反联锁与Y3低压反联锁串联后接入1ZJ线圈控制电路，其作用是在控制风缸和总风缸均达不到升弓压力时才会有辅助风缸失风保护信号输出。当用控制风缸升弓，总风缸避免了在用正常风源升弓时辅助均压力不足而造成的主断分闸信号误输出。1ZJ低压正联锁吸合，机车544#输出主断跳闸信号（见图4）。

图4 风压保护信号输出回路

也就是说当总风、控制风缸未打到定压时Y3、Y4低压反联锁闭合沟通1ZJ线圈回路，1ZJ上的一个低压正联锁闭合进入辅助风压自动保护检测状态，此时机车开始对辅助风缸压力进行侦测。当侦测到低于规定压力值(500kPa)时，就会使Y2低压正联锁闭合，使2KT投入且经过5s延时后，若机车乘务员仍然未采取补救措施，则机车输出主断分闸信号使机车主断跳开，用于保护机车，避免其在带负载的情况下，因升弓压力不足引起抖弓导致拉弧放电烧损接触网或引起变电所跳闸。

5 总结

综上所述，机车辅助风源控制系统经加装该套装置，在利用辅助风源升弓时，一方面：实现了机车乘务员在司机室就可以直接对辅助风缸压力变化情况进行检测，能在第一时间判断辅助风源的衰减变化情况（司机只需对XD1、XD2进行确认，通过其亮、灭情况就能判断升弓条件是否满足），真正做到了共同确认情况下的"自控、互控、他控"；另一方面也实现了在人机互控的基础上，通过四个压力开关及中间继电器的协调作用，实现了辅助风泵"工作、停打、跳闸"的自动化控制，基本实现安全导向原则的要求，从一定程度上保证了机车在电气化区段的行车安全。