一起HXD2B型机车机械间通风断路器跳闸原因分析及对策

陈亚东 陈 猛 中国铁路上海局集团有限公司合肥机务段

1 问题的提出

2018年11月，合肥机务段HXD2B-0014机车多次出现运行途中机械间3通风断路器频繁跳开故障，而机车在库内进行机械间通风机运转试验一切正常。

测量机械间3通风风速符合要求，机械间3通风电机三相工作电流正常；测量机械间3通风电机定子三相绕组阻值正常，无断路或阻值不均匀现象；人为转动机械间3通风机正常，无卡滞、异音；检查机械间3通风接触器、机械间3通风断路器、机械间3通风电机电源插头及其接线均未见异常；更换机械间3通风接触器及机械间3通风断路器后故障依然存在。

最终发现该问题为牵引电机3通风滤棉过脏而堵塞正常进风口所致。但为什么库内进行机械间3通风机运转试验却未见异常？怎样才能在库内有效地进行机械间3通风机运转试验呢？

2 机械间3通风装置工作原理

（1）机械间3通风机由机械间3通风电机M-VT-SM3驱动，该电机为三相交流异步电机，电源为额定电压400 V的三相交流电，由机械间3通风接触器C-VT-SM3控制，机械间3通风断路器DJ-VT-SM3提供过流等电气保护，当机械间3通风电机出现过流、过载情况时，机械间3通风断路器就会自动跳开，切断机械间3通风电机电源。其供电电路原理如图1所示。

图1 机械间3通风电机M-VT-SM3供电电路原理图

（2）如图2所示，机械间3通风机与牵引电机3通风机的进风口是相互连通的，上面为机械间3通风机，下面为牵引电机3通风机。

图2 机械间3通风机与牵引电机3通风机进风口

机车运行途中机械间3通风及牵引电机3通风正常风路如图3所示（箭头为空气流动方向）：机械间3通风机正转，使空气从车外依次经牵引电机3通风过滤器、牵引电机3通风滤棉、机械间3通风滤棉进入机械间，再经机械间出风口排出车外；牵引电机3通风机正转，使空气从车外依次经牵引电机3通风过滤器、牵引电机3通风滤棉进入牵引电机3，再经牵引电机3出风口排出车外，以达到冷却牵引电机3的目的。

图3 机车途中运行时机械间3通风及牵引电机3通风正常气流示意图

（3）机车主断闭合后变频辅助负载是按一定顺序启动的，系统每隔5 s控制一个变频辅助负载启动，根据该顺序可以很容易算出牵引电机3通风机与机械间3通风机在启动时间上相差10 s，即：牵引电机3通风机启动10 s后机械间3通风机才开始启动。

3 原因分析

（1）机车在库内升弓合主断后，只要机械间温度达到10℃以上，机械间3通风接触器C-VT-SM3就会闭合，再加上人为切除辅变，机械间3通风机便会全速运转，但牵引电机3通风机却并不运转。虽然此时因牵引电机3通风滤棉过脏而导致正常进风口堵塞，但机械间3通风机完全可以从牵引电机3出风口将空气倒抽入机械间（如图4所示），所以库内试验时机械间3通风电机不会过载，其工作电流正常，机械间3通风断路器不会跳开，测量机械间3通风风速也正常。

图4 （正常进风口堵塞）机械间3通风机单独运转时气流示意图

（2）机车在正常运行途中，牵引电机3通风机是要运转的，以对牵引电机3进行强迫通风冷却，而且每次过完分相主断重新闭合后都是牵引电机3通风机先启动，但此时由于牵引电机3通风滤棉过脏而导致正常进风口堵塞，以至于牵引电机3通风机经机械间3通风滤棉及机械间3通风机叶轮将空气倒抽入牵引电机3（如图5所示），又由于牵引电机3通风机的功率要远远大于机械间3通风机，所以牵引电机3通风机运转形成的较强气流会反向推动机械间3通风机叶轮，使机械间3通风机很快以较高的速度反转。在牵引电机3通风机启动10 s后，机械间3通风接触器闭合，接通机械间3通风电机（三相交流异步电机）电源，但该电机转子此刻正处于反转状态，所以此时产生的电磁转矩的方向与转子转向相反，电机转差率s大于1，电机处于电磁制动状态，而且牵引电机3通风机运转产生的较强气流对机械间3风机叶轮所施加的反向作用力较大，以致于机械间3通风电机启动时的三相电流极大且持续时间也较长，从而使机械间3通风断路器起保护而跳开。

（3）试验证明，在牵引电机3通风滤棉过脏而堵塞正常进风口的情况下，即使机械间3通风机先启动运转而牵引电机3通风机再启动，机械间3通风电机也会因为牵引电机3通风机运转产生的较强气流而过载，严重时也会导致机械间3通风断路器跳开。

图5 （正常进风口堵塞）牵引电机3通风机单独运转时气流示意图

4 结论

（1）HXD2B型机车的整个机械间通风系统由3个独立的机械间通风装置构成，分别称为机械间1、机械间2及机械间3通风装置，三个通风装置的结构及工作原理基本一样，所以上述对机械间3通风装置的分析同样适用于其它两个通风装置。

（2）一般HXD2B型机车库内进行机械间通风机运转试验都是在对应牵引电机通风机没有运转的情况下进行的，称之为“静态试验”。“静态试验”与机车正常运行途中机械间风机的运转环境是有很大不同的，尤其是在对应牵引电机通风滤棉过脏而堵塞正常进风口的情况下，这就是机车在运行途中机械间通风断路器频繁跳开但库内进行机械间通风机运转试验却正常根本原因。

5 对策

综前所述，若要在库内进行有效的机械间通风机运转试验，必须设法使对应牵引电机通风机全速运转起来，此时的试验可称之为“动态试验”。具体方法为：切除辅变1、4（或2、3），将单阀、自阀手柄均置“全制动”位，然后将牵引/制动手柄缓慢推入牵引区（主DDU屏显示牵引输出百分比不要超过5%）并保持30 s以上，等待各牵引电机通风机依次启动并全速运转，然后便可以观察各机械间通风断路器是否跳开，测量各机械间通风风速及机械间通风电机三相工作电流了。

“动态试验”能够重现机车运行途中机械间通风机的工作状态，此时测量的机械间通风风速才能够真正反映对应牵引电机通风滤棉状况，对相关故障的判断极具参考价值，目前已在合肥机务段推广，效果良好。