振动对继电器可靠性的影响分析

2024-07-01王春洪黄凯

机电信息 2024年12期

王春洪黄凯

摘要：在现代交通行业中，高速动车组作为一种重要的交通工具，其安全性和可靠性一直是研究的焦点。动车组的设备振动是一个不可忽视的因素，它对设备的可靠性和性能有着重要影响。继电器作为动车组中的重要组成部分，承担着控制和保护的重要任务。然而，由于动车组在运行过程中会受到各种外界和内部因素的影响，继电器的可靠性面临着挑战。现以摩尔斯·史密特（Mors Smitt）过流保护继电器为对象，结合2023年CRH1E型动车组在运行中网侧过电流检测电路故障的实际案例，深入研究了动车组设备振动对继电器可靠性的影响。

关键词：高速动车组；继电器；设备振动；可靠性

中图分类号：U279.2 文献标志码：A 文章编号：1671-0797（2024）12-0064-05

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.12.017

0 引言

设备振动是动车组运行过程中的一个重要因素，它可能对继电器的可靠性产生直接或间接的影响[1]。动车组设备振动主要来源于列车行驶时的轨道不平顺、车辆的自身振动以及各种外界环境因素的作用。

继电器的失效可能导致动车组中控制和保护功能的失效，进而对列车的运行安全性和可靠性产生严重影响。本文以摩尔斯·史密特（Mors Smitt）过流保护继电器为对象，结合实际案例，深入研究动车组设备振动对继电器可靠性的影响。

1 动车组设备振动特性

动车组设备振动特性是指动车组设备在运行过程中产生的振动的一系列特点和参数，受到诸多因素的影响，例如轮对、车体弹性变形、车辆加速度等。重点分析以下几种振动。

1.1 纵向振动

列车在运行过程中存在着频繁的加速和刹车振动。纵向振动频率主要由列车重量和坡度决定或制动力导致的振动。

1.2 横向振动

横向振动又称侧倾振动，是指列车在运行过程中由于曲线半径、铁轨转角或运行速度等导致的侧向振动。列车的侧向振动幅度不宜过大，因为横向荷载会对铁轨和车辆构件造成磨损。

1.3 垂向振动

垂向振动是指列车在运行过程中由铁轨高低不平或车辆轮对偏差导致的上下振动。垂向振动频率主要受车体质量和悬挂系统刚度影响。

了解动车组设备振动的特性[2]对于分析振动对继电器可靠性的影响具有重要意义。

2 故障案例

2023年3月至6月，CRH1E型动车组在运行中经常发生网侧过电流检测电路故障导致受电弓自动降下。

2.1 控制原理/机械安装结构

2.1.1 CRH1E型动车组网侧过电流检测电路故障控制逻辑介绍

过流检测继电器监控来自车顶电流互感器的电流，当出现过流时继电器动作，断开紧急切断继电器的供电使其触点断开给数字输入输出单元（MIO模块）的“无过流”信号变为0，当故障车厢的受电弓处于升弓状态，报“网侧过电流紧急降弓”；当故障车厢的受电弓处于降弓状态，则报“网侧过电流检测电路故障”。

2.1.2 Mors Smitt过流保护继电器简介

Mors Smitt过流保护继电器是一种常见的用于电路保护的继电器。它主要用于监测电路中的过流情况，并在过流超过设定值时触发动作，切断电路以保护电气设备的安全运行。在动车组中，Mors Smitt过流保护继电器起到了重要的作用，能够及时检测电路中的异常情况，避免因过流引起的设备损坏和事故发生。过流保护继电器主要参数如表1所示。

2.1.3 过流保护继电器安装位置

保护继电器安装在走廊旁边的配电柜内，旁边为客运备品柜（包含行李架）。

2.2 运行中捕捉的振动情况

在故障排查的过程中敲击过流保护继电器，继电器常闭触点断开，更换上新的继电器后进行敲击试验也存在常闭触点断开的现象。为了排查振动对继电器触点工作的影响，在过流继电器上安装加速度传感器，检测横向、垂向和纵向的振动情况[3]，如图1所示。

检测故障时间段：过流保护继电器振动X方向5.3g、Y方向6.3g、Z方向6.3g；其他时间段的振动均小于2g，如图2所示。

2.3 敲击振动测试

在02车对过流保护继电器进行敲击振动测试，测试能使其常闭触点断开的最小振动值，在X、Y、Z三个方向分别逐渐增加敲击力度，X方向或者Y方向当振动值大于6g后，过流保护继电器触点断开，Z方向即继电器安装的垂直方向敲击未出现故障。试验的数值与故障时的数值相符，如图3所示。

以上数据表明，过流保护继电器受振动导致触点断开。

2.4 振动源的查找

检查高压控制柜隔壁的客运备品柜，备品柜上部行李架放下后，左右侧柜板各装有一个止挡，用于支撑行李架，其中右侧止挡固定的柜板与高压控制箱共用，过流保护继电器与止挡安装“背靠背”的关系，相对位置高低差约7 cm，水平位置重合，如图4所示。

分别对高压控制柜周边9个位置进行振动试验，来排查不同位置的振动对过流保护继电器的影响。在第七次、第八次用手抬起行李架后让其自由落下，行李架碰撞到止挡后产生撞击声，此时振动测试仪检测到的振动数据在Y方向最大值有6.44g，过流保护继电器触点断开，其他位置的振动未复现故障，如图5所示。

检查02车备品柜上方行李架，用手抬起到上方最大位置其阻尼感较轻，如不用定位固定，轻微晃动很容易自由落下与止挡碰撞。对比检查了其他的高压控制箱和备品柜，发现07、10、15车的行李架对比02车，在最高位有较明显的阻尼，且自由下落对止挡的冲击程度也不相同。分别在02、07、10、15车试验，结果见表2。试验结果表明，行李架的阻尼失效的情况下，可造成过流保护继电器失效。

模拟从备品柜内朝向过流保护继电器方向敲击间壁，和在行李架放平的状态下放入大件行李的冲击，示意图如图6所示，结果如表3所示。

以上数据表明，备品柜上方行李架自由落下与止挡碰撞导致过流保护继电器触点断开，从而报出网侧过电流检测电路故障。

2.5 整改措施

过流保护继电器在运行途中受到备品柜的上方行李架自由落下与止挡碰撞，在较大振幅的振动条件下，出现误动作的现象，鉴于行李架为旅客存放行李的地方，无法避免外界因素导致对继电器的冲击。为了避免这种工况将继电器移走（图7），以免冲击带来的影响。

3 总结

本文从实际案例出发，通过模拟验证发现垂向加速度对继电器的影响最大。因此，在动车组的设计和运营过程中，应该充分考虑动车组垂向减速度对设备振动的影响，并建议如下：

1）进一步研究动车组设备振动对继电器可靠性的影响机理。通过深入理解振动对继电器内部元件的影响机制，可以更好地设计和改进继电器的结构，提高其抗振能力。

2）开展更多实验和测试，探究不同振动参数对继电器可靠性的影响程度。通过对不同振动参数进行系统的测试和分析，可以建立起振动参数与继电器可靠性之间的定量关系，为继电器的设计和选型提供科学依据。

3）研究继电器的故障诊断和预测方法。通过对继电器故障模式和特征的研究，可以开发出有效的故障诊断和预测方法，提前发现和解决继电器的故障问题，提高动车组的可靠性和安全性[4]。

4）探索新型继电器的应用。随着科技的不断发展，新型继电器的应用前景广阔。

[参考文献]

[1] 赵帅.动车组继电器与接触器故障分析及运用策略研究[D].北京：中国铁道科学研究院，2021.