电力机车主断路器“跳闸”原因分析及应急措施探究

陈雪菲

摘   要：电力机车在现代工业生产中应用广泛，突发断路器跳闸故障会给机车运行安全及稳定性带来严重影响。在突发故障后，随车人员因无法在短时间内确定故障原因，考虑到机车运行安全，一般做紧急停车处理，严重影响道正常的工业生产活动。为此本文总结电力机车主断路器跳闸故障的常见原因，并给出相应的故障应急处理对策，确保电力机车运行安全。

关键词：电力机车  断路器  跳闸故障

中图分类号：U296                                  文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2020）06（c）-0068-02

电力机车因其牵引力强、形成稳定、环保性高等优势而得到广泛应用。电力机车运行过程中，将来自接触网的电能转换为机械能提供牵引力，保证机车的稳定运行。电力系统稳定供能是电力机车稳定运行的基础，系统断路器出现异常后，机车牵引力降低而引发被迫停车问题，严重影响其运行质量，因此需要对引发断路器跳闸故障的原因及应急措施进行总结。

1  主断路器跳闸故障

电力机车主断路器跳闸故障发生于机车运行过程中，故障信息并不在列车监控管理系统人机交互界面显示。主断路器跳闸后，机车受牵引力急剧降低，因无法查明故障原因，导致机车被迫停车。主断路器跳闸为电力机车高压主电路的常见故障，当主电路中电流值过高，并达到断路器设定上限后，断路器会自动断开切断高压电源。若故障程度较轻，会导致电力机车失去部分牵引力，严重时则可能引发全区停电的问题，导致机车运行中断。

2  电力机车主断路器跳闸原因分析

2.1 对地绝缘不足

电力机车工作电压一般为直流1500V，以接触网及车体和钢轨作为电源的正负极，该电路系统中，若存在任意一点对地绝缘电阻阻值低于标准值，该点即会发生放电电流激增的现象，瞬间电流超出断路器的额定范围，即引发断路器跳闸故障。对地绝缘不足的点多形成于各类绝缘元件上，如高压接线端子板，在以往電力机车主断路器跳闸故障中，因对地绝缘不足引发的故障占比也较高。

2.2 存在短路故障

当电力机车采用传入电阻作为启动方式时，主电路中会存在多个电控接触器及启动电阻元件。机车运行过程中，调整电控接触器状态即可对机车牵引电机的连接方式及电阻阻值进行调整。牵引电机连接方式分为串联和并联，当电控接触器本身存在短路问题，或发生动作错误时，就会引发牵引电机连接方式错误的现象。例如，将原本为串联的牵引电机更换为并联，连通高压电源后，该电机承担的荷载从50%网压上升至100%，在短时间内反电势未被充分建立，导致电流成倍激增而促使主断路器发生跳闸动作。此外，启动电阻包括多箱铸铁电阻与线排组合两部分，若装配过程操作不当，或存在振动干扰，导致紧固不足、放电间隙不够等问题，启动电阻的阻值将偏离设定标准[1]。若电阻室内存在多台电机的启动电阻，二者之间还会出现异电位短路问题，最终使高压回路发生断路器跳闸故障，并将启动电阻烧损。

2.3 电压波动过大

接触网电压波动幅度过高的原因有二：第一，存在感应过电压。相同供电区段内可能同时运行多台电力机车，若某台机车出现大负载电流突然中断现象，加之电机感性负载的影响，会形成较接触网电压高出几倍的感应过电压，该电压通过接触网被传输至其他机车，会导致其他电力机车绝缘被击穿。第二，相邻供电区段电压差过高。电力机车正常运行中，合理的跨区段电压差应在电源额定电压的90%～120%之间。当机车负载较重时，电压会从低压段进入高压段，电机转速变化滞后，但电枢电流在短时间内即可提高至原本的1.5倍左右，导致实际电流远超出断路器的额定范围，引发跳闸故障。

2.4 电机自身故障

电力机车内部空间有限，为合理利用机车空间，同时提高电机性能，在牵引电机设计生产中，会选择提高其电磁负荷参数。电机投入使用后长期运行于恶劣条件下，其发生故障的概率将显著提高。例如换向卡阻，牵引电机的安装多采用抱轴悬挂方式，其一半以上重量不受减震处理。机车运行过程中，车轮与轨道间相互冲撞而产生的振动被传导至牵引电机处，会引发电机电刷剧烈跳动。此时若电流幅值较高，就容易发生换向卡阻的问题。

随电车运行时长的增加，牵引电机的电刷不断发生磨损，磨损产生的碳粉末积留在云母沟内，若空气湿度较大还会加速碳粉末积累，当达到一定程度后，即可能引发换向片短路的问题。例如在寒冷季节，机车由室外进入室内、环境温度发生较大变化后，换向器结霜融化形成的水滴，会影响牵引电机绝缘性能，发生换向器“放炮”或电机绝缘被击穿现象。

牵引电机各元件在长期运行中老化磨损，应力集中位置产生裂痕或变形，当大幅值电流在此类位置经过时，就会因烧断而引发对地放电，进而产生断路器跳闸故障。

3  电力机车主断路器跳闸应急措施

3.1 故障应急

突发主断路器跳闸故障后，相关人员可根据列车状态，预估故障发生原因，进而采取针对性的应急对策。

（1）尝试闭合主断路器，若闭合后即立即跳闸，且人机交互界面无故障信息显示，可判断机车进入死接地状态，主断路器的分闸线圈始终处于通电状态。此时可做迅速降弓处理，观察主继电器及其他继电器是否存在动作响应，若发生动作，可将故障转换闸刀调节至故障位置，确保机车能继续运行。若故障未被消除，可手动闭合主断路器及塞门，维持机车正常运行状态。经上述处理后，相关人员需重点检查各监控系统的信息显示，一旦发现运行异常，及时作出降弓处理，避免故障进一步发展。

（2）尝试闭合主断路器，若可顺利闭合，但机车运行达到一定速度级别后，再次发生跳闸问题，且无故障信息显示，可判断机车的过流继电器发生保护动作，同样可进行降弓处理，并将主断路器断开，调节故障闸刀位置，维持机车运行状态[2]。

（3）若主断路器跳闸故障发生在辅助继电器上，可判断因辅助继电器保护电子动作错误而引起，调节辅助继电器保护板位置后，机车可继续运行。

3.2 故障预防

第一，严格开展电力机车检修维护工作，机车厂修期间，重点对各线路、元件状态进行检测。例如，使用工频闪络击穿试验仪，检测相关元件的绝缘性能，及时更换绝缘损坏严重的元件。机车定期检修过程中，使用2500V以下的兆欧表进行检测，可帮助排除断路器故障跳闸隐患。第二，结合电力机车特点及以往的跳闸故障处理经验，划定易发生短路故障的部件，并将其列为重点检修对象。开展检修活动时，对于重点对象重点检查，详细记录检修结果，及时更换老旧部件，如电阻片、绝缘保护套等。第三，针对感应过电压引发的断路器跳闸故障，可在系统内增加氧化锌采集装置。对机车司机的操作行为做严格规范，运行中若出现跨供电区段的现象，应及时降低电阶，避免出现过大的电流波动[3]。第四，做好牵引电机的冷却除尘工作，当环境温度较低时，应及时清理换向器结霜，保持其外表干燥。

4  结语

电力机车主断路器跳闸故障原因包括对地绝缘不足、存在短路故障、电压波动过大、电机自身故障等，除掌握必要的故障应急处理方法外，需加强机车日常维修、保养工作，更换老旧部件，及时将故障隐患排除，确保机车稳定运行。

参考文献

[1] 孙兴虎.牵引网保护整定计算的探讨[J].电气化铁道，2019，30（S1）：119-124.

[2] 岳学民.牵引变电所馈线跳闸分析与判断[J].铁道运营技术，2018，24（3）：36-38.

[3] 曲长萍，陈广泰，姜正.基于故障分类的机车故障诊断方法[J].电力机车与城轨车辆，2020，43（2）：71-74.