HXD2型电力机车主断路器隔离故障原因分析及处理措施

刘志杰

(大秦铁路股份有限公司 湖东电力机务段， 山西大同 037005)

为提高大秦线的重载运输能力，促进铁路装备技术的现代化，2007年年底湖东电力机务段配备了HXD2型电力机车。受到大秦线机车牵引吨位高、周转快、线路复杂等因素的影响，机车主断隔离故障一直伴随着机车使用过程，给大秦线重载运输带来了安全隐患，所以有效的控制主断隔离故障十分必要，以下是对近年来HXD2型电力机车主断隔离故障分析。

1 主断路器原理及技术参数

1.1 基本原理

HXD2型电力机车安装的是真空主断路器(22CB)、接地开关(35KS)和避雷器组件，在每节机车车顶各安装一台，一台机车安装2台主断，可以在一台主断故障后使用另外一台代替工作，实现主断路器的冗余使用。该主断路器可与35KS或36KS型号的接地开关、避雷器、电抗器直接配装使用。它安装在机车顶盖上，是整车与接触网之间电气连通、分段的总开关，也是机车上重要的保护设备。

22CB型真空断路器的特点是以真空作为绝缘介质和灭弧介质，利用真空状态下的高绝缘强度和电弧扩散能力形成的去游离作用进行灭弧，其结构特点为：单断口直立式、直动式气缸传动、电空控制，是一种新型的电力机车主断路器，适用于干线交流25 kV各类型电力机车。与空气断路器相比，具有结构简单、工作可靠、动作快、绝缘强度高、维修方便等优点。采用真空断路器可以彻底避免以往空气断路器灭弧室瓷瓶爆炸等惯性故障，较大程度的减少机车事故，保证电力机车运用安全，同时与空气断路器相比延长了主断路器的检修周期，减少了维修时的工作量，降低了检修的成本。

1.2 22CB真空断路器工作原理

如图1所示，压缩空气经空气过滤器后到调压阀，调压阀将压力调整为483～497 kPa后送入储气缸。

图1 22CB型真空断路器工作原理图

1.2.1主断合闸过程

司机通过主断路器扳键开关置“合”位，电磁阀线圈得电，电磁阀闭合，储气缸中的压缩空气一路经电磁阀进入中继阀的控制腔，打开中继阀，另一路通过中继阀送入风缸。驱动活塞、绝缘推动杆和主断路器的动触头上移，压缩主弹簧，闭合主触头。

1.2.2分闸过程

将主断路器扳键开关置“分”位，电磁阀线圈失电。电磁阀和中继阀均在弹簧的作用下复位，将风缸内的压缩空气释放掉。绝缘推动杆和主断路器的动触头在弹簧弹力作用下，向下移动，打开触头。

1.3 22CB型真空断路器主要技术参数

型号 22CB

额定电压/kV 25(AC)

额定频率/Hz 50

额定工频耐受电压/(kV·min) 75

额定电流/A 1 000

固有分闸时间/ms <40

闭合时间/ms <115

额定控制电压/V 110(DC)

2 常见故障现象、原因分析及对策措施

HXD2型电力机车主断隔离原因主要有：(1)主断控制与联锁反馈信号不符时主断隔离。(2)原边电流过流时主断隔离。(3)主接触器和预充电接触器机械卡住时主断隔离。(4)主变压器无油循环信号时主断隔离。(5)主变压器油温大于115℃时主断隔离。(6)主变2个温度传感器的测量值不在正常范围时主断隔离。当主断隔离后，我们可以下载机车数据，通过分析机车数据来查找具体故障原因。

2.1 控制与反馈信号不符

2.1.1主断未断开(故障代码：00-21-1E)

主断共有8组低压联锁(4组常开联锁和4组常闭联锁)，其中有2组常开联锁和2组常闭联锁分别给RIOM1和RIOM2输入信号。输入RIOM1的常开联锁变量为VarC_E_BT1_DJMF=0，常闭联锁变量为VarC_E_BT1_DJMO=1，输入RIOM2的常开联锁变量为VarC_E_BT2_DJMF=0，常闭联锁变量为VarC_E_BT2_DJMO=1(“1”表示高电位，“0”表示低电位)。当常开联锁输入RIOM1和RIOM2的信号为高电位或常闭联锁输入RIOM1和RIOM2的信号为低电位时，主断隔离。

原因分析及故障判断：在正常情况下，常开联锁送出的信号是低电位，常闭联锁送出的信号是高电位，机车通过联锁送出的信号来判断主断当时的状态，如果4个联锁送出的信号异常时，机车主断隔离。我们可以通过4个变量的状态判断故障原因。例如4个变量都是低电位时，我们考虑主断电源是否送入主断。如果其中某个变量输出异常时，我们可以查找低压联锁相关回路来确认故障，按照日常检修经验，这种情况一般都是主断未断开或内部低压联锁故障造成的，我们可以通过更换主断或更换低压联锁的方法来处理。

2.1.2要求主断闭合而未闭合(故障代码：00-21-25)

在主断具备闭合条件后(没有紧急制动)，人为闭合主断而主断没有闭合，结果5 min内出现3次，主断隔离。

原因分析及故障判断：根据主断工作原理我们首先检查主断风压是否在正常范围内(483～496 kPa)，主断闭合时内部是否漏风；其次在闭合主断扳钮时，检测主断闭合电控阀线圈电压和线圈阻值是否正常；最后考虑主断继电器Q(FR)DJ是否故障。

2.2 原边过流(故障代码：00-21-2A)

当原边电流传感器测量的原边电流值大于额定值225 A时，主断被隔离。

原因分析及故障判断：当原边电流值超过额定值时，为了保护其他部件不受损坏，主断被隔离。首先查找是否因为车顶高压电器放电引起电流值超过额定值，查明放电原因并处理即可。如果车顶没有放电，我们首先要测试主变压器绝缘，并化验主变压器油。在排除主变压器后，考虑是否由于原边过流继电器Q1L(M)自身故障造成。最后考虑是否由于RIOM故障造成接收测量电流值错误引起。

2.3 主变压器油路不符合要求

(1)无油循环电路，主变压器的冷却是通过2个油泵将变压器油循环到油散热器进行散热冷却的，油循环的流量是通过油流继电器来测量的。如果其中一个油流继电器没有输入时，机车将减少功率，如果两个油流继电器没有输入时，主断隔离。下面以无油循环电路1为例对此类故障进行分析。

①无油循环电路1(故障代码：40-23-00)。在牵引逆变器运行，且变压器温度大于15℃时，1号油流继电器Q1-DF-PH无输入。

原因分析及故障判断：目前油流继电器已改造为电流式继电器，用来测量油泵的其中一项电流，当油泵工作后，油泵的工作电流大于油流继电器的动作电流时，继电器动作，常开联锁闭合，将110 V信号送至电器电路，从而判断油泵运行情况。

如果没有油流继电器输入，应该检查油泵保险DJ-PH1是否断开，如果DJ-PH1断开，需要进一步确认DJ-PH1断开原因。如果DJ-PH1正常考虑油流继电器故障，需要查找油流继电器相关回路进行处理。

②无油循环电路2(故障代码：40-23-01)故障判断同上。

(2)油温保护(故障代码：00-23-04)。主变压器上安装了一个温度继电器Q1(TPH)，当主变压器温度超过115℃时，起超温保护，主断隔离。

原因分析及故障判断：主变压器温度继电器Q1(TPH)作用是起到超温保护作用，目前我段机车运用中尚未发生该故障，如果发生此类故障，我们首先应该测量主变压器温度，确认油路循环状态，最后考虑温度继电器Q1(TPH)和温度中间继电器QQ1(TPH)是否误动作造成。

(3)油温测量值不符合要求，主变压器温度通过安装在主变压器上温度传感器来检测，1个主变压器安装了2个温度传感器，当其中1个温度传感器的测量值不在正常范围时(正常测量范围4～20 mA)，故障显示DC_TTFE1或DC_TTFE2，当2个温度传感器测量值不在正常范围，持续30 s，主断隔离。下面以温度传感器1故障为例对此类故障进行分析。

①油温传感器1故障(故障代码：40-23-08)当它的测量值不在正常范围，即：3.5 mA>E_CA_CAITTFP>20.5 mA，持续30 s，记录该故障。

原因分析及故障判断：处理此类故障可用eTrain软件监视变压器温度值，根据监视的温度值判断故障原因，因温度传感器测量值直接传送给MPU，所以在处理此类故障时,我们也要考虑MPU模块自身故障。

②油温传感器2故障(故障代码：40-23-09)判断同上。监视界面如图2。

图2 变压器温度监视界面图

2.4 其他原因引起的主断隔离

2.4.1控制继电器故障(故障代码：00-21-23)

主断控制继电器Q(FR)DJ的控制信号与反馈信号不一致时，超过1 s，主断隔离。查找主断继电器Q(FR)DJ与RIOM是否故障，并检查它们之间线路。

2.4.2通过Z(IS)LOC车辆隔离(故障代码：00-21-38)

当机故(机械故障)开关Z(IS)LOC在隔离位时，主断被隔离，将机故开关Z(IS)LOC置正常位即可。

2.4.3相邻的主断未断开(故障代码：00-21-3A)

其他车主断隔离，可查找其他车主断隔离原因处理。

2.4.4主接触器机械式卡住(故障代码：00-21-41)

电机隔离，电机隔离后导致主接触器的控制电源被切断，但仍然有反馈信号，主断隔离，通过更换主接触器即可处理。

2.4.5预充电接触器机械式卡住(故障代码：00-21-47)

电机隔离，电机隔离后导致预充电接触器控制电源被切除，但仍然有反馈信号，主断隔离，通过更换预充电接触器即可处理。

2.5 对策与措施

通过对造成主断隔离故障原因的分析，我们发现易出现故障的主要部件是车顶高压电器、主断路器、主变压器及保护、主接触器和预充电接触器等，在日常检修中应该加强检查，高压多次断合试验。

2.5.1车顶高压电器

机车车顶重点检查试验高压电器功能正常，连接及固定状态良好，并对车顶各类瓷瓶进行防污闪处理，日常保证清洁，测量放电间隙距离符合要求。

2.5.2主断路器

日常上车检修中检查电源插头、风管接头紧固，无漏风现象，确认主断风压符合要求，主断下车检修在试验台测试，测试主断各参数符合要求。

2.5.3主变压器及保护

加强油泵状态的检查试验，机车高压试验时，使用eTrain软件检测主变压器温度参数，并按时对主变压器油进行化验。

2.5.4主接触器及预充电接触器

重点检查接触器触头状态，低压联锁及接线，风管插接状态确认。测量接触器线圈阻值符合要求。试验接触器断合状态良好。

3 结束语

HXD2型电力机车微机控制系统允许地面维护人员通过专用维护笔记本电脑，利用串口进行检修维护工作，并提供丰富的故障记录和查询功能及控制界面，从而大大减少了检修维护作业工作量和时间。所以在故障发生后，我们要运用好机车数据分析，通过数据分析查找故障发生的原因，查明原因后彻底处理机车故障。日常检修工作中使用好eTrain软件，对能够监测的参数进行监测，确认各参数符合技术要求。

[1] 耿志修.大秦铁路重载运输技术[M].北京：中国铁道出版社,2009.