HXD3C型电力机车潜油泵断路器跳开故障的原因分析及对策

杜建波， 赵　奕

(济南铁路局　济南机务段， 山东济南 250023)



HXD3C型电力机车潜油泵断路器跳开故障的原因分析及对策

杜建波， 赵奕

(济南铁路局济南机务段， 山东济南 250023)

济南机务段配属的HXD3C型电力机车途中多次发生潜油泵断路器跳开故障，结合现场故障发生情况进行了原因分析，并提出了故障解决对策，通过对策实施取得了良好效果。

HXD3C型机车；潜油泵；空气断路器；原因分析

HXD3C型电力机车主变压器有两个油循环回路，安装2个潜油泵，为变压器油循环提供动力。辅助变流器APU2以恒频恒压方式输出380 V，50 Hz的交流电，经过变压器油泵断路器向主变压器油泵MA21、MA22供电。任何一组故障或被隔离时，其对应牵引变流柜内的3组主变流器和3台牵引电动机全部停止工作。

济南机务段配属的HXD3C型电力机车途中多次发生油泵断路器跳开，导致潜油泵被隔离，机车失去部分牵引力，严重影响机车正常运用。例如2015年2月8日,HXD3C 0668机车牵引K709次客运列车，运行至章丘—王村间过分相后因油泵1跳脱扣失去牵引力，造成区间停车。针对济南机务段HXD3C型电力机车发生潜油泵故障的情况，我们进行了故障统计，如表1所示。

表1　故障统计

1　原因分析

主变压器油泵断路器采用西门子3RV1021-1KA10型纽子脱扣开关，该断路器具有瞬时过电流保护热、过载保护及缺相保护。瞬时过电流保护值为163 A。该断路器整定电流范围为9～12.5 A，HXD3C型电力机车潜油泵实际选定的过载整定电流In为10.5 A，即将断路器的热过载保护值选择为10.5 A，如图1所示：

图1　HXD3C型电力机车潜油泵断路器

3RV1021-1KA10型纽子脱扣开关热过载保护设计符合10级脱扣保护级别(其保护动作的时间与整定电流In的关系曲线如图2中间曲线所示)，从图2中可以看出，当油泵工作电流为10.5 A时，即1×In，曲线无交集，说明脱扣过载保护不会动作；当油泵工作电流为21 A时，即2×In，大约延时70 s，脱扣过载保护动作；当油泵工作电流为31.5 A时，即3×In，大约延时30 s，脱扣过载保护动作。

通过对断路器特性的分析，我们一方面根据上述关系曲线，对发生跳开故障的断路器进行测试发现，断路器开关动作正常。另一方面我们对发生油泵断路器跳开故障频率较高的HXD3C 0668、HXD3C 0791机车油泵工作电流进行测试。经测试HXD3C 0668机车油泵1、2工作电流均为11.7 A，而HXD3C 0791机车油泵工作电流均为11.8 A。上述结果均已经超过油泵脱扣设定的额定工作值。

图2　保护动作的时间与整定电流的关系曲线

济南机务段HXD3C型机车装配的潜油泵共有3个不同的生产厂家，分别为株洲荣达、株洲敏锐与浙江尔格。对济南机务段配属的全部88台HXD3C型机车的油泵生产厂家及工作电流进行普查测试，其结果如下：

表2　油泵电流测试情况

通过以上测试发现，潜油泵电流值过高是造成油泵断路器跳开的主要原因。

2　影响油泵工作电流的因素

2.1油泵本身额定工作电流存在差异

3种厂家生产的油泵的设计参数基本相同，其额定值分别为：功率3.7 kW、电压380 V、扬程16 m、频率50 Hz、流量48 m3/h、转速1 440 r/min。但额定电流略有差别，其中株洲荣达与株洲敏锐公司生产的油泵额定电流为7.8 A，而浙江尔格公司生产的油泵的额定电流为8.5 A。从以上参数可以看出，浙江尔格科技股份有限公司生产的油泵电机工作电流额定值要高于其他两个厂家生产的电机。

2.2环境温度的差异

环境温度对变压器油的黏稠度产生影响，冬季环境温度低，变压器油黏稠度大；夏季环境温度高，变压器油黏稠度低。介质的黏度对泵的影响是很大的，当黏度增加时，泵的扬程特性曲线下降，最佳工况的扬程和流量均随黏度的增加而下降，而功率则随黏度的增加而上升，泵的效率降低。

济南机务段5台HXD3C型机车发生的13次油泵脱扣均在冬季，这说明油的黏稠度是功率油泵功率的重要因素。

2.3主变压器油路个体差异

HXD3C型电力机车所使用的主变压器均为大连机车车辆有限公司生产的JQFP-10160/25型主变压器，但不同个体之间存在差异。一是变压器的绕组是人工绕制的，不同变压器绕组导线密度、间隙存在差异，造成绕组油路阻尼系数的差异；二是变压器油箱及外部油管路存在个体差异，造成油管路阻尼系数存在差异；三是变压器油箱的油位存在差异。

以上3点造成主变压器油路阻尼系数不同，主变压器油路的阻尼越小，油泵单位时间内的泵油量越大，油泵的实际工作功率越高，油泵电流就越高。

2.4复合冷却器个体差异

济南机务段配属的HXD3C型机车，装配的复合冷却器共有2个厂家，两种复合冷却器的额定流量均为48 m3/h，但实际的流量存在一定差异，且为克服冬季油流不畅的问题，生产厂家后期均对复合冷却器油路管道进行了改造，使得复合冷却器油流阻尼系数有所降低。

复合冷却器油路的阻尼越小，油泵单位时间内的泵油量越大，油泵的实际工作功率越高，油泵电流也越高。

3　改进措施

(1) 从油泵工作电流的普查测试结果看，油泵工作电流的变化范围从6～12 A，变化幅度很大，但机车油泵断路器开关却设置了统一的过载保护电流值，因而对于工作电流偏大的油泵电机，开关会有误动作的情况。因此，对于个别有油泵断路器开关跳开现象的油泵电机，可以实际测试出油泵工作电流，并以此为参考将油泵脱扣过载保护值适当调大，以避免油泵脱扣误动作的发生。

(2) 虽然调整油泵断路器保护值能够克服油泵断路器跳开故障的发生，但当油泵电机长期工作于超过额定电流约3 A的条件下，对电机的使用寿命将产生不利影响。因此，对于油泵工作电流过高的机车，应选配额定功率较低的油泵，达到降低油泵工作电流的要求。

(3) 建议大连机车车辆有限公司在机车出厂前对油泵工作电流进行测试，对于工作在偏离额定工况较大的油泵进行更换，同时建议大连机车车辆有限公司协调各油泵供应商，统一油泵电机的额定工作电流，加强油泵出厂前的性能测试。

(4) HXD3C型机车目前的TCMS微机软件版本为134版本，机车过分相后单个油泵故障会造成整车无牵引力故障。目前，济南机务段已将TCMS软件版本全部升级为135版本，升级后的135软件版本支持“单油泵故障，过分相后机车可以输出一个转向架的牵引力”，从而避免由于单油泵故障造成区间停车的情况。

4　结束语

通过对HXD3C型电力机车潜油泵断路器跳开故障问题的深入分析，找出空气断路器在过载电流保护值选择以及影响油泵工作电流方面存在的问题，提出了相应的整改措施和建议，通过整改，有效减少HXD3C型电力机车油泵断路器跳开故障，提高机车质量，确保HXD3C型电力机车的运用安全，同时也为机车其他负载断路器跳开故障原因查找及预防提供借鉴。

[1]中国北车集团大连机车车辆有限公司．HXD3C型大功率交流传动电力机车培训教材[R]. 大连: 中国北车集团大连机车车辆有限公司， 2010．

Reason Analysis and Countermeasure of HXD3C Electric Locomotive Submersible Pump Circuit Breaker Tripping Fault

DU Jianbo, ZHAO Yi

(Jinan Locomotive Depot, Jinan Railway Bureau, Jinan 250023 Shandong, China)

The submersible pump circuit breaker tripping faults have occurred many times as HXD3C electric locomotive of Jinan locomotive depot operating. In this paper, the reason analysis of field failure was carried on, and the fault solution was proposed, which achieved good results.

HXD3C type locomotive; submersible pump; air circuit breaker; reason analysis

1008-7842 (2016) 01-0072-03

��)男，助理工程师 (

2015-08-15)

U264.3+6

Adoi:10.3969/j.issn.1008-7842.2016.01.18