SS4改型机车主断路器故障分析及防范措施

刘学刚　傅晓倩　古家彬

摘要 本文针对SS4改型机车主断路器故障现象分析其故障原因，从而提出改进措施。

关键词：现象；原因；措施

概述：随着目前真空主断路器在 SS4 改型机车上的推广使用，机车的可靠性有了明显的提高。为了充分利用真空主断路器本身所具备的大容量和高可靠性等优点，进一步提高 SS4 改型机车的可靠性及性能，本文提出对 SS4 改机车网侧电路进行优化改进的方案， 即改变机车真空主断路器的接人电路，从而改变其工作模式，以此来达到优化机车网侧电路和提高机车可靠性和性能的目的。

1.故障现象

SS4改型机车为两节车重联运行，当某一节车的保护动作后，需单节车运行时可以切除故障节维持运行。然而实际运用中乘务员应急处理时将主断路器故障隔离开关置故障位，在切除故障节机车后容易造成两节车主断路器都不闭合，处理不当时甚至导致机破，从而给运输生产带来影响。SS4改型机车劈相机为异步电动机，采用分相起动。在劈相机起动时需先投入一个起动电阻，在劈相机起动即将完成时再甩开起动电阻进入正常工作状态。然而实际运用中经常存在劈相机起动电阻甩不开的现象，造成劈相机起动电阻过热烧损，甚至酿成火灾。

2.故障原因分析

2.1 灭弧室瓷瓶和非线性 电阻瓷瓶炸损

该故障有时是灭弧室瓷瓶断损或炸损，有时是灭弧室瓷瓶与非线性电阻瓷瓶同时断损或炸损，为机车主断路器的主要破坏性故障。原因主要有：（1）瓷瓶材质不佳。材质不佳主要是指瓷瓶材质具有冷脆性和表面易发生爬电，在天气严寒或有雾环境下更为明显。 （2）瓷瓶机械强度低 ，灭弧室瓷瓶受机械力作用易于断损。当主断路器动静触头开断时 ，储风缸压力700～900 kpa 的压缩空气进入灭弧室瓷瓶内，打开主断路器动静触头，冲力为水平方向。而动触头及金属器件质量大，且装于灭弧瓷瓶根部，瓷瓶受重力用，动触头在灭弧室瓷瓶的压缩空气力（机械力）和动触头装置自身重力联合作用下开闭极易造成断损，如果是冬季，加上瓷瓶材料冷脆性，约1/3的瓷瓶断损是在动触头根部 ，断损面似平面。这说明瓷瓶在与动触头金属器件连接处应力集中。（3）非线性电阻瓷瓶炸损。由于灭弧室瓷瓶断损或炸损时机车处于正常运用工况，主断路器隔离开关尚在闭合位，高压大电流瞬间流经非线性电阻 ，导致电阻严重过热而爆炸。如果气温低，电阻瓷瓶内外温差大，内部形成水汽 ，非线性电阻瓷瓶爆炸机率更大。

2.2 主阀卡位

主阀卡位就是主阀活塞卡在主阀阀体中某一位置 ，导致主断路器储风缸通过灭弧室直接与大气相通。在实际运用中，主阀卡位故障率很高 ，而且有时必须更换整台主断路器 ，严重影响机车运用效率。主阀卡位故障的原因大体分为：（1）主阀阀体和活塞材质热膨胀系数不同。主阀阀体采用铸造黄铜，而活塞材质采用拉伸黄铜棒加工，拉伸黄铜热膨胀系数大于铸造黄铜，在机车电气设备工作发热时，車内温度高于大气温度，活塞膨胀量大，造成卡位。（2）主阀阀体与活塞配合尺寸不尽合理。对故障的活塞进行外圆检查测量，发现外圆直径在 69 .95 ～69.98mm ，外圆与阀体内圆不是全圆接触，这说明机加工精度。对状态好的主断路器活塞外圆进行测量 ，大多直径69.88 mm左 ，证明活塞加工的公差应在0.07 ～0.10 mmO 由于活塞结构较薄（最厚的约 6 mm），全长约为 22 mm ，这样的尺寸公差，机加工精度得不到保证，活塞的精度低，导致活塞卡在主阀体内。

2.3 起动阀故障

起动阀故障主要是阀杆弯曲变形。分闸阀杆变形造成压缩空气无法进入主阀，使主阀进风阀口打开，储风缸的压缩空气不能进入灭弧室；合闸阀杆变形使压缩空气无法进入传动气缸，推动活塞动作完成合闸。

2.4 传动机构卡滞

传动机构卡滞主要指传动风缸内部活塞与铜套间滑动不灵活，活塞行程不到位，造成隔离开关无法闭合到位。其原因主要有：（1）传动风缸套筒与活塞杆的径 向间隙小。测量发现传动气缸内径在 63～63.1 mm之间， 而活塞杆直径在62.98～63.04 mm间 ，有些配合间隙小0.03 mm ，从而导致活塞动作卡滞。（2）滑动面油脂润滑不良。传动气缸解体检查后，组装前应对各润滑面涂少量润滑油脂。

3.改进措施

3.1 控制精度

工艺要求主阀体活塞孔径不得大70.05mill，主阀活塞直径不得小于69.85 mill。由此可以算出主阀活塞与主阀活塞孔径配合间隙不得大于 0.20 mm。但从主断路器故障分析来看，主阀活塞体与主阀活塞孔径配件间隙超过0.15 mm以后就出现漏风现象；低于0.10 mm，主阀活塞在活塞孔内不能活动自如。针对以上现象要求在检修中将主阀活塞与主阀活塞孔径间隙掌握在0.10～0.15mm范围之内。另外为了解决主阀活塞容易卡位故障，我们改用铝合金活塞。此类活塞比原用活塞厚1mm，可以解决往复运动中心偏差问题。

3.2 改进高压 电工瓷瓶材质

新造瓷瓶应作低温性能试验和污秽实验或采用硅橡胶瓷瓶，提高耐寒性和抗表面爬电能力， 以适应沿海城市及高寒地区电气化铁路的需要。

3.3 非线性电阻由碳化硅改为氧化锌

氧化锌电阻抑制过电压性能好，通流容量大，抗老化能力强，能有效防止电阻通过大电流时的过热烧损。

3.4 改善主阀活塞的制造工艺

阀活塞采用精密控制机床加工；在活塞与主阀体内腔配合尺寸公差选配中，活塞外圆公差尽可能选用下偏差，以保证活塞在阀体内腔有一定松动量，避免因材料热膨胀系数不一导致主 阀卡位。

3.5 注意机车的检修和日常保养

为防止主阀活塞卡位以及传动机构卡滞，对运用机车主断路器进行整修。夏季在修机车前，主断路器都应逐台下车整修和检查，着重检查主阀活塞外圆处与阀 内的接触松紧量，传动气缸套筒与活塞的径向间隙。整修和检查时，对公差不合格的和变形的活塞进行处理或更换 ，以提高主断路器的检修质量。

4.总结

我们严格控制主阀活塞与活塞孔径的配合间隙。半年多的实践证明，采取的措施是得当的，检修后的主断路器再没有出现主阀卡位或漏风现象。通过此类故障的解决，充分表明只要认真分析原因，制定合理的解决措施，惯性故障是可以得到解决的。

参考文献：

[1]黄辉.关于SS4改型机车562KA及283AK继电器控制回路故障的原因分析及改进措施[期刊论文]-数字化用户，2014（6）