HXD1D型电力机车主断路器故障原因分析及对策

曲东升

摘要：简要介绍HXD1D型电力机车主断路器运行情况，针对主断路器的故障，进行调查及分析，提出相应措施，提高机车可靠性和稳定性。

关键词：电力机车；主断路器；原因分析；对策

1.引言

HXD1D型0003至0007号电力机车自2013年9月至2014年3月在我段进行运行考核，2014年6月份开始，我段逐步配属HXD1D型电力机车，至目前共计配属HXD1D型电力机车62台，随着配属机车逐步上线使用，主断路器合不上以及跳主断的故障时有发生，给运输秩序造成了一定的影响。本文从主断路器的控制原理及其内部结构对故障主断路器原因进行简要分析，同时针对主断路器故障原因，提出了改进建议和措施。

2.主断回路控制原理

主断路器回路[1]如下图所示：

由图1、图2可以看出，110V电源通过1、2端紧急按钮、高压接地开关常闭触点、U99钥匙箱、压力释放阀常闭触点、布赫继电器以及合主断中间继电器和主断允许合继电器常开触点给主断控制回路供电。

主断路器硬件环回路串联了紧急按钮、U99钥匙（受电弓隔离塞门）、布赫继电器、接地开关和压力释放阀等重要部件，以保证在重要部件动作时主断迅速分断。如布赫继电器动作，表示主变压器可能存在短路放电，主断迅速分断以确保主变压器故障不进一步扩大化。

由图1、图2可知，合主断中间继电器在合主断时必须闭合，其控制原理为110V电源通过上述硬件环回路及闭合主断命令输出给合主断中间继电器供电。

由图1、图2可知，主断允许合中间继电器在主断闭合时须闭合，其控制原理为110V电源通过上述硬件环回路及TCU1、TCU2自检节点信号、辅机测试转换开关、主断允许合通道逻辑输出给主断允许合中间继电器供电。

3.故障情况及分析

3.1主断路器自身故障

HXD1D型机车安装的是TDV10（01）型单极交流真空断路器，该型主断路器主要由高压电路部分、支持绝缘子、驱动机构及低压控制电路组成。由于部分主断在制造工艺及加工过程中存在问题，导致机车主断路器运行中发生故障，我段因主断自身故障更换主断路器共计发生7件，典型故障案例如下：

（1）2015年3月16日，我段配属的HXD1D-0131机车在某轮乘段库内检车作业试验时，发现真空主断路器出现闭合后有排风不止现象，经厂方服务人员现场确认，无法修复，更换真空主断路器备品，更换后高压试验真空主断路器分、合良好。对故障主断路器进行检查试验，发现观察电磁阀先导阀排气口与防护罩的间距消失，电磁阀排气口紧贴在保护罩上，合主断，电磁阀排风异常，主断路器卡合故障。轻抬保护罩与排气口的

接触部位，漏风现象消失。分析先导阀杆排气口与保护盖板距离的组装尺寸为2mm，但部分主断由于保护罩的焊接变形量、电磁阀的组装公差已基本接近2mm的距离，同时部分主断路器在吊装、运输和运用的过程中变形，造成防护罩堵住电磁阀先导阀杆排气口，导致主断路器合闸时电磁阀长排风，主断路器故障。该故障在我段HXD1D-0109、HXD1D-0175机车上也发生过。

（2）2014年9月30日，我段配属的HXD1D-0126机车在轮乘段使用过程中，因机车跳主断停车，司机处理后开车。机车到段后，对机车数据进行下载分析，发现故障时间内多次合主断后马上跳开，经司机多次断电复位合主断操作后，机车恢复正常。对主断路器进行更换，故障主断路器进行分解检查，检查发现AMP15芯插头及插座，插头内7点插针存在明显缩针现象，同时有电流烧灼的痕迹。APM15芯插头6、7点为保持线圈点位，7点缩针，会造成保持线圈回路接触不良，导致保持线圈无法工作，主断路器吸合后，主断路器在分闸弹簧和肘节弹簧的作用下再次分闸。

图4APM15插针缩针

图5主断路器分闸状态

（3）2015年5月10日，HXD1D-0171机车在结束牵引任务到达上南站后，再次升弓前检测车顶绝缘低，无法检测到规定值，经对车顶部绝缘情况，高压互感器等配件进行排除，确认为真空主断路器绝缘不良，打开高压接地对主断输出端进行电阻通断对地测量，检查发现主断对地绝缘不良，说明真空包已经击穿，从而造成车顶绝缘检测不良。

3.2主断闭合回路硬件故障

（1）2015年2月1日，我段配属的HXD1D-0277机车在途中运行时跳主断，同时IDU显示受电弓隔离塞门打开，主断硬件回路断开，机车回段检查U99钥匙箱存在异常，对钥匙箱进行更换后试验良好。2015年我段共计发生3起因U99钥匙箱故障导致机车主断合不上，分析原因，主要问题是U99钥匙箱犯卡或漏风，造成U99触点信号断开，=21-A11-K01线圈失电，主断断开。

（2）2014年我段开始配属HXD1D型机车以来，共计发生17件布赫继电器报警碎修预报，主要是机车入库后，通过检索微机屏，查询故障记录发现有布赫继电器报警记录，结合微机数据和6A视频分析，故障主要原因为乘务员在库内进行试验导致。布赫报警动作后，=34-E01触点断开，=21-A31-K1线圈失电，主断断开。

除上述两种故障外，从电路图上分析，硬件故障还包括紧急按钮故障、接地开关故障，变压器压力释放阀动作等，都会使主断路器跳闸。

3.3主断闭合软件保护

（1）2015年5月4日，HXD1D-0130机车在乘务员上班检查作业完毕后，升弓，在IDU屏显示可以合主断的前提下，进行了合主断的操作，主断合不上，更换机车。分析为司机升弓后，升弓反馈信号通过DXM37、DXM38模块反馈至CCU，CCU收到信号后通过MVB传输通道反馈在IDU屏上显示可以合主断，该信号传输的速度远大于机车检测网压信号的速度，此时实际网压并完全升至额定值，通过数据分析，机车检测的网压低于17.5KV，合主断后造成TCU自检保护。

（2）2014年7月22日，HXD1D-0119机车，列车在停车办客时，司机发现机车操纵台显示屏显示ACC1（辅助逆变器1）故障，并跳机车主断。机班对机车进行应急处理后，机车故障情况消除。机车回段后，查询机车故障记录，微机屏在10点08分记录“ACC1元件故障、ACC1的W相上管保护、TCU1保护性牵引封锁、TCU1保护性分主断、辅助逆变器1元件保护”，库内单机试验情况正常。判断为辅逆变1模块存在故障，对模块进行更换，库内试验正常。结合我段后期两年内共计发生辅变模块故障15件，发生故障的部位主要集中在IGBT元件以及控制板，而通过对模块故障前后网压数据的分析，判断网压波动大对辅逆变模块故障也造成了一定的影响。

图6故障时网压波动大

（3）2014年7月29日，HXD1D-0117机车担当客运牵引任务，过分相后跳主断，同时IDU屏显示TCU1隔离，司机再次合主断后进行正常牵引回段。回段后，对该车微机数据进行下载分析，检索发现故障发生时，为机车TCU1原边过流，TCU1保护性分主断。分析原边过流原因为主断闭合瞬间会出现较高的原边电流，在过分相时，表现更为频繁，此时检测原边电流超出850A峰值后产生保护。

除以上逻辑保护外，CCU软件保护还包括[2][3]：控制受电弓主断路器单极断路器状态、受电弓控制风缸空气压力、DXM是否有强迫断主断请求、主变流器水位保护、TCU检测主变压器油温、蓄电池电压、TCU断开主断请求等。

4.措施及效果

（1）针对电磁阀漏风故障，由厂方在段结合修程根据实际尺寸在电磁阀先导阀杆排气口上方增加排气空间，即在保护盖对应位置开孔，确保电磁阀正常排风。同时对所有新造HXD1D机车主断路器防护罩进行改造，我段至2015年5月份对配属机车所有主断路器进行改造，效果明显，近期因电磁阀漏风导致主断故障的问题已得到了杜绝。

（2）规范乘务员操作，升弓后待网压显示正常后再进行合主断操作。同时厂方已针对该问题优化了CCU程序，对主断合允许进行延时5S处理，即收到升弓反馈信号5S后再在IDU上显示允许主断闭合的信息，我段7月份已完成该项程序优化工作，之后再未发生类似故障。

（3）对辅变流驱动板进行改造，将IGBT元件的开通时间由1.521us提高到1.869us，将IGBT元件的关断时间由3006us提高到3.650us，即在同样频率下，加长了IGBT元件的开通和关断时间，降低了实际应用中IGBT元件的开关速度，在网压波动大的情况下，模块故障率的降低，我段自2014年10月份开始试装车两台后，运行至目前未再发生辅变流模块故障。

（4）由厂方对TCU程序进行优化，参考HXD1C及8轴车程序，在每次合主断后0.5S不检测原边电流值，避免每次合主断瞬间出现原边过流故障导致分主断。我段于2014年10月份开始对所有配属机车TCU程序进行升级，升级后的机车均未再出现过同类故障。

（5）成立技术攻关队伍，对HXD1D机车发生的惯性故障要深入研究并开展攻关，结合段日常入库微机数据的下载和分析，检索机车自身存在的问题及乘务员不良的作业习惯和试验方法，及时制定有效措施，防止机车带病出库，提高HXD1D机车的基本质量。

（6）通过梳理上述HXD1D机车故障案例，制定解决主断路器故障的快速排查方法，即当发生主断故障时，首先分析是主断不能闭合还是闭合后又跳开。一般主断不能闭合，应重点分析主断闭合控制回路故障和主断自身原因。主断闭合后不能保持应重点对主断路器软件保护和主断路器保持线圈是否正常进行检查，从而及时查找出故障进行处置，提高乘务员及检修人员应急处置及快速判别故障能力，降低主断故障给运输产生的影响。

5.结论

通过对上述典型故障的分析和措施的实施，我段62台HXD1D机车主断路器故障在今年下半年故障率明显降低。同时通过本文简要的梳理分析，提出一般判断思路和解决建议，为今后现场问题的处理上起到了较好的指导和参考作用。

参考文献：

[1]南车株洲电力机车有限公司.HXD1D型电力机车检修手册[M].株洲：南车株洲电力机车有限公司，2014.

[2]贺明 余得全 练贤常.深度国产化HXD1型机车主断路器控制原理分析[J].轨道交通装备与技术，2015年11月.

[3]涂旭.深度国产化HXD1型机车主断路器异常分断分析[J].轨道交通装备与技术，2015年11月.