CRH1E型动车组主断路器典型故障的原因分析及对策

王新磊 上海铁路局上海动车客车段

1 讨论背景

自2010年至今，CRH1E型动车组在上海铁路局运营已经有三年多的时间，在此期间发生过各种不同类型的故障，其中有相当多的一部分为主断路器方面的故障。比如：主断路器不能正常断开，主断路器不能正常闭合,主断路器供风电磁阀损坏，主断路器内部控制板损坏等。通过对主断路器故障的跟踪分析，统计上海铁路局南翔动车所CRH1E型动车组主断路器故障发生的数量如表1所示。

表1 上海铁路局南翔动车所CRH1E型动车组主断路器故障发生统计表

分析目前已经发生的主断路器故障，其中主断路器不能正常断开的故障占较大比例，比较典型的一个故障案例是：2012年4月11日，上海动车客车段南翔动车所CRH1064E担当D314次（上海-北京南）交路，00车为主控端。当日5：52，IDU 报“05车 LCBT 不按指令打开（故障代码：3400）”，12车受电弓自动降下，后续列车以丢失一个动力单元，限速200km/h运行，在一定程度上影响了动车组的正常运行。事后分析其原因，发现05车LCBT打开后辅助触点动作异常，依然处于接通状态，导致系统无法收到主断打开的指令。

2 故障影响

因主断路器是动车组所有供电的总开关，在发生主断路器不能正常断开的现象后，将直接影响动车组运行功率输出。在动车组运行过程中，损失一个主断路器，将失去2个牵引单元，即百分之二十的牵引动力，列车无法运行在额定功率运行，将限速240km/h运行。具体限速见表2（16编组CRH1E型动车组通过6个主断路器（LCBT）连接10个动力车）。

表2 牵引限速表

3 故障分析

3.1 主断路器结构

CRH1E动车组主断路器是由电磁阀控制传动气缸的开闭，以此推动主开关的闭合，带动肘节机构的动作，并通过辅助开关来反映主断路器的状态。由于其特殊的结构设计要求，起到弱点控制强电的功能，因此其不仅对电气绝缘隔离要求较高，对机械强度的要求亦非常高，具体结构如图1、图2、图3所示。

图1 主断路器

图2 主断路器内部侧视图

图3 主断路器内部正视图

表3 主断路器相关配件说明

3.2 主断路器工作原理分析

CRH1E型主断路器由一个主触点带动辅助触点构成，主触点的动作通过电磁阀的开闭控制气室的开闭来推动，辅助触点的动作反映了主触点的状态（如图4），并以电信号形式传送给TCMS（列车控制管理系统），从而列车确认该主断路器的状态。

从图4、图5中看出，主断路器的辅助触点在A4与C4之间来回摆动，其状态分别为闭合、断开状态，该信号通过317206线供给DX33（输入输出采样模块）的1号管脚，经TCMS确认主断路器的状态。

图4 主断路器触点信号

图5 辅助触点反馈信号线

3.3 主断路器侧板肘节机构设计问题

通过对多起故障主断路器的分解剖析，发现主断路器侧板肘节机构断裂是造成主断路器不按指令打开的重要因素。

主断路器侧板肘节机构在主断动作过程中起动传递主断路器的动作状态，并通过肘节机构传递给主断路器的辅助触点，在主断路器的动作中起到反馈信号作用。因其肘节机构在频繁的动作之后存在断裂等现象，以至于导致主断路器不能正确传递现有的动作状态，TCMS即是认为该主断路器存在故障。通过现有故障来看，肘节机构一般在主断路器闭合时受力，因此在闭合时容易断裂，在断裂后不能正常复位，不能将主断路器已经断开的反馈信号及时传递给辅助触点，即是TCMS认为该主断路器存在故障，动车组将以主断不按指令打开（故障代码：3201）故障代码报出，随即受电弓自动降弓并封锁，造成动车组丢失动力单元。

图6 主断路器内部拆解图

图7 易断裂的侧板肘节机构

3.4 主断路器故障解决措施及改造方案实施

经拆解故障主断路器发现，该主断路器侧板肘节机构材质为铝合金，其结构强度不够，在主断路器闭合受力时及频发动作过程中，易造成材料疲劳裂纹，最终导致肘节机构断裂。

为了防止该类事件的发生，现提出更改主断路器肘节机构材质的方案解决该故障隐患，由原来的铝合金材质更换成碳素钢。经技术改造后的主断路器在CRH1064E动车组上做了实验，实验状态良好，现已进行了批量整改。

4 主断路器故障应急故障处理方案的改良

在主断路器已经发生的故障中，主断路器不按指令打开（故障代码：3200）是影响较大的一个故障，而主断路器不按指令闭合（故障代码：3201）影响较小。从实际情况看，如果TP车（带有受电弓的车）发生主断路器不按指令打开故障，为了保护与该主断路器相连其他高压设备安全，TCMS将立即封锁与这个主断路器相连的其他高压设备，包括受电弓、通往其他车的线断路器（LCBB），将影响两个单元的动力输出，丢失3个动力车运行。而主断路器不按指令闭合（故障代码：3201）只影响故障主断路器控制的动力输出，不会封锁受电弓及影响其他主断路器的闭合。当主断路器发生不按指令打开时，可能是由于主断路器内部辅助触点没有收到主断路器打开信号或主断路器主触点未断开。

基于以上分析，这里提出将故障主断路器的负载切除条件下，将主断路器不按指令打开（故障代码：3200）转化为主断路器不按指令闭合（故障代码：3201），将故障发生后造成的影响降至最低。具体可在切除主断路器下属负载（牵引变流器）后，使用跳线笔将主断路器闭合信号挑开，具体为图5中的P3.K2.T.X21插线排1点的317201A线，以保证上线动车组在发生该类故障后对动车组正常运行的影响降至最小。