FXD3-J型动力车双主断路器气路冗余故障分析及优化措施研究
2021-09-28刘蓉
刘蓉
（中国铁路成都局集团有限公司成都机务段，四川 成都 610000）
FXD3-J型动力车是CR200J型动力集中动车组中负责输出牵引力的部分，该型动力车是在HXD3G型电力机车技术平台上研制的新一代产品，其设计思路借鉴了HXD3系列客运电力机车的应用经验，整体按照模块化、标准化、信息化、智能化以及可扩展升级的方向进行设计与制造。该型车在网侧主回路上采用了双受电弓和双主断路器冗余设计，双套设备提高了动力车在线上运行的可靠性。但该动力车的双主断路器冗余功能在气路方面存在不足。
1 故障案例介绍
2020年2月28日，DJ7859次动车组在广安南站始发时因动力车（FXD3J-0042）受电弓不能升起被迫请求救援，造成铁路一般D21事故。动车组回库后检查，发现在使用辅助压缩机给升弓风缸泵风时，风缸风压最高只能到400kPa左右，无法达到受电弓最低升弓风压480kPa，最终造成受电弓因升弓风缸压力不足而无法升起。
经过进一步的排查，发现动力车的一台主断路器存在漏风故障，导致升弓风缸的风通过故障主断路器漏泄掉，造成风缸风压一直升不上去。关闭主断路器隔离塞门切断主断路器支路后，启动辅助压缩机给升弓风缸泵风，风缸风压快速上升，最终达到辅助压缩机自动停止的压力值735kPa，辅助压缩机停止后，给升弓命令受电弓能正常升起，但因主断路器隔离塞门处于关闭状态，动力车两台主断路器的供风气路同时被切断，主断无法闭合，动力车还是不能正常运行。
本案例暴露出FXD3-J型动力车两台真空主断路器中任意一台一旦发生漏风故障，则会直接导致动力车停止工作，将严重影响旅客出行体验。
2 22CBDP2型真空主断路器介绍及工作原理
2.1 22CBDP2型真空主断路器介绍
主断路器是动力车网侧高压电路中的重要部件，是网侧高压电路与接触网高压电之间的总开关，在动力车受电弓升起后，负责连通和关断接触网高压电，也是动力车上最重要的保护设备。当动力车发生严重电气故障时，主断路器能快速切断动力车与接触网的供电连接，从而实现保护功能。FXD3-J型动力车在机械间网侧柜内装有两台22CBDP2型真空主断路器，如图1所示。该型主断路器以真空作为绝缘和灭弧介质，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，主要由调压阀、储气缸、电磁阀、压力开关、转换阀、驱动风缸、恢复弹簧、绝缘驱动杆、真空包、动静触头等部件组成。其结构特点为：单断口直立式，直动式气缸传动，电空控制，适用于干线交流25kV各类型电力机车。其额定电压为30kV，额定电流为1000A，工作气压为450～1000kPa，控制电压为110V。
图1 22CBDP2型真空主断路器
2.2 22CBDP2型主断路器工作原理
22CBDP2型主断路器工作原理见图2。升弓风缸的压缩空气先经过主断路器的调压阀后进入储气缸内。闭合主断路器时，电磁阀线圈得电产生电磁力，打开电磁阀内部气路，储气缸中的压缩空气一路经电磁阀进入转换阀控制腔，打开转换阀，导通储气缸与驱动风缸间的气路，另一路通过转换阀送入主断路器驱动风缸，推动活塞压缩恢复弹簧直到主触头连接并压紧，动力车高压电路接通。断开主断路器时，电磁阀线圈失电，电磁阀和转换阀均在弹簧自身恢复力作用下复位，将驱动风缸与大气连通，风缸内的压缩空气通过转换阀和电磁阀排向大气，恢复弹簧恢复力使活塞回到底部位置，主触头断开，断路器分断。
图2 22CBDP1型真空主断路器工作原理
根据主断路器的工作原理可知，如果调压阀、储气缸和电磁阀任一部件发生故障时均有可能造成主断路器漏风故障。
3 FXD3-J型动力车主断路器气路分析
FXD3-J型动力车主断路器气路原理图如图3所示，升弓风缸内存储的压缩空气经过升弓风缸隔离塞门.13后分为两路，其中一路压缩空气经过主断截断塞门.14后直接到两台主断路器，另一路压缩空气经受电弓隔离塞门U99后到两台受电弓。从图3可知，两台主断路器是并联在一起的，两者之间未设独立的隔离塞门，如果一台主断路器发生漏风故障，则不能单独切除，当动力车的其任一主断路器发生漏风故障时就无法实现双主断路器冗余功能，因此双主断路器的供风气路设计存在不足。
图3 FXD3-J型动力车主断路器气路原理图
4 改进措施
通过前文分析可知，FXD3-J型动力车双套主断路器冗余功能存在不足的原因是在气路上不能实现两台主断路器单独隔离的功能。据此，可在两台主断路器气路的前端分别增加一个隔离塞门即可，改进后的气路图如图4所示。
图4 改进后FXD3-J型动力车主断路器气路原理图
5 结语
通过对FXD3-J型动力车主空断路器气路原理图进行分析，指出了双主断路器气路存在冗余故障。结合故障案例从FXD3-J型动力车双主空断路器冗余功能出发，对双主断路器气路提出优化措施。通过优化，成功解决了双主断路器气路冗余故障，使两台主断路器在电路和气路上都能单独隔离，真正实现了双主断路器的冗余功能，进一步提高了动车组运用质量的稳定性。
