HXD2型电力机车10公里切流问题研究

王虎威

（中国铁路太原局集团有限公司机务部，太原030013）

1 引言

机车上线运行以来，因列车管压力缓解不充分导致速度10公里以上切除牵引电流问题时有发生，经过研究机车控制管理方式及历史数据积累，分析故障原因，提出合适的处置方案，减少或避免故障发生，减少对运输生产的影响。

2 HXD2型电力控制系统机车简介

2.1 网络控制系统

HXD2型电力机车控制系统采取微机网络系统（以一节机车为一个单元），由MPU1和MPU2（主处理单元）2组、RIOM1和RIOM2（远程输入输出模块）2组、TCU1～TCU4（牵引控制单元）4组、ACU1和ACU2（辅助控制单元）2组、DDU1和DDU2（司机显示单元）2组、BCU（制动控制单元）1组组成。可分为车辆级通信和列车级通信两级，对应FIP车辆级通信（FIPV网）、FIP列车级通信（FIPT网）。其中FIP车辆级通信（FIPV网）用于机车单节内部设备之间的信息交换；FIP列车级通信（FIPT网）用于机车两节间或两台重联连挂的机车之间的信息交换。具体的网络拓扑结构见图1所示。

图1 HXD2型电力机车微机网络控制系统的网络拓扑结构图

2.2 机车速度信号采集与控制

HXD2型电力机车控制系统通过安装在电机大齿轮端的六通道（V1～V6）速度传感器采集速度信号，其中V1、V5两个通道送给本轴TCU（牵引控制单元）,V2～V4分别送给本节车的另外3个TCU（牵引控制单元）。TCU通过速度信号对比，并将速度信号通过FIP网络传递给MPU（主处理单元）进行对比分析，根据实际工况控制机车牵引电机。

2.3 制动系统与列车管压力信号

HXD2型电力机车采用法维莱制动系统，两节机车制动系统分别由自动制动控制器、司机自动制动阀、BCU（制动电子控制单元）组成。在正常的操纵时，控制指令→BCU（制动电子控制单元）→司机自动制动阀，从而达到控制均衡风缸压力的目的。同时，司机自动制动阀内部的列车管压力传感器实时反馈列车管压力，从而帮助进行列车管压力控制。

2.4 故障统计与危害

2007年至今，太原局HXD2型机车共发生牵引制动控制模式导致速度达到10公里以上切流故障87件，导致设备故障26件。该故障主要表现为司机缓解开车后，由于司机制动阀传感器飘移、过充等因素导致机车速达到10公里时，切除牵引电流，导致机车损失一节车或整车牵引力，列车无法正常运行。

3 10公里切流故障的原理及发生的原因分析

3.1 10公里切流故障的原理

HXD2型机车是采用阿尔斯通公司技术，受技术封锁、资料等因素的影响，长期以来对故障产生的机理及控制方式一直没有掌握。错误认为机车列车管压力低于585kPa，速度达到10公里切除牵引电流。2018年接连发生三起切除牵引电流导致的设备故障，经过组织中车大同电力机车有限公司、阿尔斯通公司、湖东电力机务段技术人员查找资料，对比分析数据，通过研究HXD2型电力机车eTrain软件故障解释及控制文件，分析HXD2型电力机车牵引控制与列车管压力关系发现：当机车在缓解状态与制动状态转换时，BCU通过FIP网络向主处理单元发送司机制动阀中列车管压力传感器缓解前压力值，MPU记录减压前（缓解状态）最高列车管压力（A值）。随着列车管压力下降，当减压量大于25kPa时,MPU记录机车工作模式转换为制动模式。而机车退出制动模式的条件为列车管压力（B值）缓解到与A值相差15kPa以内。如果机车减压后列车管压力一直没有缓解到退出制动模式，当速度达到10公里时，机车控制牵引制动模式激活，即认为持续制动工况有牵引指令，出于安全考虑切除牵引电流。

3.2 10公里切流故障的原因分析

经过分析，发现导致10公里切流故障的原因主要有列车管压力传感器漂移、机车重联列车管管压被过充。

3.2.1 列车管压力漂移问题

司机制动阀内部传感器采集列车管压力信号实时传送给制动机系统BCU，当列车管压力传感器故障或因温度因素漂移时，可能造成列车管缓解不到定压，甚至距缓解前压力差超过15kPa，导致机车处于制动模式无法推出，此时机车已经缓解，但是制动机系统仍认为处于制动模式，司机开车后速度达到10公里，激活牵引制动控制模式，切除牵引电流。

案例1：2018年7月7日，HXD2型37号机车+HXD1型44号机车担当74304次列车牵引任务，东港站开车出站后机车牵引无流故障停车，退回站内，造成区间设备故障。分析机车数据发现：故障时,TCU1-TCU4均记录“E0-27-81 ME_ASSTF:Asservissement de la tr au fs”，含义为牵引制动控制激活，即切流故障。查看数据对应变量，查看a_dpcg变量（列车管压力差）最小为18.8kPa，a_pcg(列车管实时压力)为578.3kPa。分析为司机制动阀内部列车管传感器漂移导致无法推出制动模式，更换司机制动阀后机车跟踪运行良好。

故障数据截图

3.2.2 因重联、加挂运行，列车管管压被过充

由于机车跨局轮乘，涉及与呼和浩特铁路局、北京铁路局SS4机车等列车管定压较高机车混合使用，运用过程中与其他机型加挂，导致HXD2型机车列车管被过充，当本务机车摘除后，机车缓解压力无法达到过充时压力相差15kPa以内，即无法退出制动模式，再次开车时速度达到10公里激活牵引制动控制模式，导致切除牵引电流故障。

案例2：2018年9月7日，呼和浩特铁路局乘务员使用HXD2型3号机车担当71332次牵引任务，运行到包头南至包头间因牵引无流请求救援。分析LKJ（运行监控装置数据）发现71332次机车在新街—包头南站间运行时由SS4机车担当本务，到达包头南站减压停车，当时列车管压力为610kPa。SS4机车摘机后HXD2机车担任本务机车，缓解到580kPa后，司机减压进行制动机试验后再次缓解到590kPa开车。分析机车数据，发现故障时TCU1-TCU4分别记录“E0-27-81 ME_ASSTF:Asservissement de la tr au fs”列车进入控制牵引制动模式，机车速度上10公里切流。查看a_dpcg变量（列车管压力差）为18.5kPa，a_pcg(列车管实时压力)为591.5kPa。从LKJ数据、机车数据综合分析认为SS4机车给列车管充风到610kPa，减压停车，机车进入制动模式，HXD2机车担当本务后按照缓解后压力差15kPa要求，需要缓解到595才能退出制动模式，所以机车始终处于制动模式，开车后速度达到10公里触发了牵引制动控制模式。

机车数据截图

4 10公里切流故障防控措施

4.1 检修整备车间日常作业中采取的措施

第一，结合春季整修、秋季整修对HXD2型机车列车管压力传感器进行周期性校准。同时，在季节性温差变化较大时，组织进行列车管压力标定整治，减少列车管压力传感器漂移带来的影响。

第二，机车入段整备时，严格进行制动机试验，重点检查机车缓解压力，发现列车管压力不稳定或存在漂移问题及时处理。

4.2 故障应急处理方法

第一，与跨局轮乘的有关机务段进行沟通协调，加挂的本务机车摘除后，需要断电对机车系统进行复位，消除管压过高记录，退出制动模式。同时，改变机车运用编组方式或调整加挂机车定压，避免HXD2型机车被加挂机车过充导致切流故障。

第二，若HXD2机车与其他机车加挂运行时，乘务人员注意检查机车列车管标定压力不超过605kPa，如果确因其他机车管压过高存在过充风险时，摘除其他机车后需断合蓄电池，使控制系统复位，消除系统记忆的缓解前压力最大值，使机车退出制动模式。

第三，运行中若已经出现速度10km/h以上，牵引无流时，可减压停车断合蓄电池进行系统复位并转换备用制动使用另一节制动机运行。

5 结语

通过牵引制动控制模式控制原理及进入退出牵引制动模式的研究，明确了运用检修、整备、运用环节的预防卡控措施，有效遏制了列车管压力传感器漂移引起的牵引制动控制模式速度超过10公里切除牵引电流故障的发生，有效控制了HXD2机车因加挂运行被过充导致的切除牵引电流故障。但是随着机车运用时间增长，配件稳定性下降及温度变化等因素增加了该故障发生的可能。为了保证HXD2型机车正常运行，减少对运输生产的影响，应结合相关制度合理安排检修，明确运用中乘务员注意事项及应急处置办法，降低该故障发生概率、控制故障延时。