HXD3型机车控制电器柜三项设备自动开关故障冗余设计方案及应用

李全林

（中国铁路西安局集团有限公司延安机务段，陕西延安 716001）

引言

近年来，随着我国国民经济的快速发展及铁路货物运输模式逐步朝向重载、高速运输模式的发展，HXD3型电力机车作为铁路运输货物列车的主力车型之一，担当的铁路货物列车牵引模式发生了重大变化，从单机牵引货物列车转变为双机固定重联牵引货物列车的运输模式。随之，机车控制电器柜中部分用于车载重要设备供电保护的自动开关功能由以往的过流保护变为供电电源断合的开关兼过流保护。若此类开关在机车运用中发生故障，将严重影响到铁路运输秩序。

1 控制电器柜供电系统用自动开关

1.1 供电系统用自动开关组成和功能

控制电器柜供电系统主要由AC380 V交流电、AC220 V交流电及DC110 V直流供电三部分组成，其功能是为机车车载设备提供供电电源分配和电气保护控制。其中，控制电器柜的自动开关分为三相自动开关、双极性自动开关及单极性自动开关三类，其担负着机车车载设备、辅助机组及辅助设备等供电回路过流、接地保护及供电电源断合等作用。

1.2 自动开关使用现状与问题

自2016年2月包西电气化铁路货物运输方式调整后，机务段支配的HXD3型机车由原来担当补机牵引货物列车交路变更为双HXD3机车固定重联牵引货物列车交路。铁路货物运输交路调整后，HXD3型机车控制电器柜的部分自动开关使用方式发生了变化，最为突出的是在机车检修、整备及运用中控制电器柜的三项设备供电自动开关（无线电台、自动信号系统及监控装置简称为三项设备，开关符号分别为QA52、QA53、QA54）断合频次显著增加。例如，司乘人员在使用双HXD3固定重联机车调车作业、摘挂列车时，在两台机车之间每倒台换端一次就需断合一次机车控制电器柜的三项设备自动开关（始终保持一位本务机车控制电器柜的三项设备自动开关处于闭合位，二位重联机车控制电器柜的三项设备自动开关处于断开位）。在双HXD3固定重联机车上线运用过程中，一旦此三种自动开关的任何一个开关发生故障（如自动开关无法闭合、自动开关闭合后不导通），将直接影响到机车正常有序运行，甚至构成机车设备故障，严重干扰铁路运输秩序。因此，为解决该类开关故障后产生的严重影响问题，机务段研究制定了在HXD3型机车每次C3修检修程中对控制电器柜的此三类自动开关予以更新的方案。但是，在双HXD3固定重联机车运用中，控制电器柜的三项车载设备自动开关故障及其产生的危害依然难以杜绝。

2 自动开关故障冗余设计方案

更新HXD3型机车控制电器柜三项设备自动开关，既增加了检修成本，又增加了检修作业人员工作量，而且不能从根本上杜绝自动开关故障产生的危害。因此，为保证HXD3型机车的运用质量安全，在控制电器柜上加装三项设备自动开关的冗余自动开关，可有效防止机车因开关故障导致车载设备供电电源中断而无法维持运用的问题。

2.1 设计方案

鉴于HXD3型电力机车控制电器上原车设计安装的砂管加热自动开关QA73A、QA73B及司机室门控供电自动开关QA102已不符合机务段的机车运用实际且处于停用状态，可充分利用这三个开关的安装位置而无需对自动开关防护面板新增开孔，即拆除此三个自动开关并安装QA52（备用）、QA53（备用）及QA54（备用）三个自动开关，将其分别与原车的QA52、QA53及QA54自动开关供电线路并联，构成三项设备自动开关的备用自动开关，实现三项设备自动开关故障的冗余设计。

2.2 设计原理图

HXD3型机车控制电器柜的车载三项设备供电自动开关QA52、QA53、QA54故障冗余设计电气原理如图1所示。正常模式时，机车控制电器柜的QA52、QA53、QA54自动开关工作正常，DC110 V供电电源能够通过自动开关向车载三项设备供电；故障模式时，QA52、QA53、QA54自动开关中的任何一个开关发生机械故障（自动开关无法闭合）或电气故障（闭合自动开关后其内部主触点不导通），相应的车载设备因供电电源中断而无法正常启动，可启用对应的冗余自动开关QA52（备用）、QA53（备用）、QA54（备用），如此供电电源中断的车载设备就能够恢复正常供电，机车可实现维持运行，待机车入机务段后将故障的自动开关予以更换便可。

图1 控制电器柜三项设备供电自动开关冗余设计电气原理

3 检修、运用说明及注意事项

在HXD3型机车C1-C3修程中，将加装的三项设备供电冗余自动开关纳入每次修程试验，以确保其应急工作性能可靠。司乘人员能够熟练掌握机车控制电器柜中三项设备自动开关故障时其冗余自动开关的使用方法。在正常情况下，机车控制电器柜三项设备自动开关的冗余开关应置于“断开位”并设置铅封，在其上方粘贴的红底黑字醒目标牌状态良好。三项设备供电冗余自动开关仅限于三项设备供电自动开关故障时的应急使用，禁止人为随意破除铅封启用三项设备供电冗余自动开关。

4 应用案例

2019年9月18日HXD30210+211固定重联机车担当榆林-包头西区间货物列车牵引任务，运行中包西电气化铁路古城湾站内调车作业完毕连挂货物列车，司乘人员从HXD30210机车操纵端倒台换端至HXD30211机车，按照乘务员作业标准闭合该机车控制电器柜的三项设备自动开关QA52、QA53、QA54后发现监控装置的显示屏一直处于黑屏状态，随后第一时间联系机车应急故障咨询台“110”成员，经其判断、指导破除控制电器柜的QA54（备用）“监控装置（备用）”自动开关的铅封并闭合该自动开关后，监控装置显示屏点亮并恢复正常，机车维持运用到达目的地。

5 结束语

自HXD3型机车控制电器柜加装三项设备供电冗余自动开关以来，解决了该型机车固定重联运用中三项设备供电自动开关故障带来的不良影响，节省了检修成本，为机车的安全运行、铁路运输的正常秩序提供了有力的保障。