ＳＳ３型機(jī)車(chē)主斷路器故障分析及防治措施

吳勝權(quán)

[摘要] 詳細(xì)分析了SS3型機(jī)車(chē)主斷路器主要故障現(xiàn)象及其原因，并從材料結(jié)構(gòu)、制造工藝、力學(xué)性能及檢修保養(yǎng)方面提出了防治措施。

[關(guān)鍵詞] 電力機(jī)車(chē) 主斷路器 故障 措施

1 問(wèn)題提出

隨著機(jī)務(wù)生產(chǎn)力布局的調(diào)整，福州機(jī)務(wù)段由原福州、邵武、永安、漳平4個(gè)機(jī)務(wù)段重新組建。配屬我段的SS3型電力機(jī)車(chē)有TDZ1-200/25，TDZ1A-10/25等多種型號(hào)的主斷路器，是安裝于車(chē)頂?shù)囊粋€(gè)重要高壓部件，直接擔(dān)負(fù)著機(jī)車(chē)與接觸網(wǎng)之間高壓電的引入、退出及機(jī)車(chē)保護(hù)等重要作用。自投入使用以來(lái)，主斷路器發(fā)生了主閥卡位、漏風(fēng)，瓷瓶炸裂以及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)失效等各種各樣的故障，常常引起較為嚴(yán)重的后果，甚至導(dǎo)致機(jī)破，影響正常的運(yùn)輸安全生產(chǎn)。根據(jù)這一情況，我段在多年來(lái)主斷路器的運(yùn)用、檢修過(guò)程中不斷摸索，嘗試過(guò)一些技術(shù)改造，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，并制定了專(zhuān)門(mén)的檢修要點(diǎn)和使用保養(yǎng)措施，取得了良好的效果。

2 故障分析

2.1 主閥卡位、漏風(fēng)

主要是指由于主閥活塞發(fā)生膨脹、偏磨、扭曲、變形或異物等原因，使主閥活塞卡在主閥體內(nèi)某一位置，主閥不能正常關(guān)閉主斷路器儲(chǔ)風(fēng)缸通往滅弧室的壓縮空氣，導(dǎo)致漏風(fēng)。其主要原因是：

2.1.1活塞強(qiáng)度和剛性偏小、熱膨脹系數(shù)較大。對(duì)卡位的活塞進(jìn)行認(rèn)真細(xì)致地測(cè)量，并與廠家提供的尺寸和未使用過(guò)的活塞進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)活塞有不同程度的扭曲、變形，因此說(shuō)明活塞強(qiáng)度和剛性偏小?；钊捎命S銅加工，熱膨脹系數(shù)較大，在反復(fù)交變推力的作用下易發(fā)熱膨脹，造成卡位。

2.1.2活塞與主閥體配合尺寸不當(dāng)。對(duì)料庫(kù)備品未使用過(guò)的主閥體、活塞進(jìn)行測(cè)量、統(tǒng)計(jì)、分析，將主閥體、活塞按公差范圍分為A、B兩組。A組：主閥體Ф70 mm +0.015+0 ，活塞Ф70 mm -0.095-0.11，間隙max=0.015-(-0.11)=0.125mm，間隙min=0-(-0.095)=0.095mm。B組：主閥體Ф70 mm +0.03+0.015 ，活塞Ф70 mm -0.08-0.095，間隙max=0.03-(-0.095)=0.125mm，間隙min=0.015-(-0.08)=0.095mm。在A、B組內(nèi)選配，能使活塞與主閥體間隙保證在0.095-0.125mm之間，比較合適。同時(shí)對(duì)部分機(jī)車(chē)上的主閥體、活塞進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)有A、B組混合裝配現(xiàn)象，則間隙min=0-(-0.08)=0.08mm，比標(biāo)準(zhǔn)小0.015mm，間隙max=0.03-(-0.11)=0.14mm，比標(biāo)準(zhǔn)大0.015mm。這將導(dǎo)致主閥體與活塞間隙過(guò)小或過(guò)大。間隙過(guò)小時(shí)，主閥體對(duì)活塞的磨擦阻力過(guò)大，易造成分?jǐn)鄷r(shí)閥桿動(dòng)作的卡滯。間隙過(guò)大時(shí)，易造成活塞的回風(fēng)。

2.1.3 O形橡膠密封圈失效或組裝不當(dāng)漏風(fēng)。O形橡膠密封圈主要是防止壓縮空氣與外界相通，一旦由于組裝不當(dāng)或受交變推力反復(fù)移動(dòng)造成磨損，使得密封不良，壓縮空氣便通過(guò)O形圈從主閥體上的透氣孔排出大氣，嚴(yán)重時(shí)溝通主風(fēng)道，壓縮空氣吹開(kāi)動(dòng)觸頭從滅弧瓷瓶外罩處漏出。

2.2 瓷瓶炸裂

主斷路器瓷瓶炸裂是多發(fā)故障，部位較廣，主要有滅弧室瓷瓶、非線性電阻瓷瓶及支持瓷瓶等。該故障發(fā)生的主要原因有：

2.2.1瓷瓶材質(zhì)不良。材質(zhì)不良包括瓷瓶具有冷脆性、熱脹性、表面易發(fā)生爬電和機(jī)械強(qiáng)度低。在冬天氣溫低或夏天太陽(yáng)曝曬的情況下更為明顯。當(dāng)主斷路器動(dòng)靜觸頭開(kāi)斷時(shí)，滅弧室瓷瓶在壓縮空氣機(jī)械力和動(dòng)觸頭裝置重力共同作用下，極易造成斷損。

2.2.2瓷瓶外部臟污。主斷路器瓷瓶主要起到主斷路器與車(chē)體間25kV高壓的絕緣作用，若主斷路器瓷瓶表面臟污，特別是在潮濕天氣，易發(fā)生瓷瓶表面對(duì)車(chē)體放電、爬電閃絡(luò)，從而燒損瓷瓶表面釉層，降低甚至破壞瓷瓶的絕緣性能。

2.2.3壓縮空氣干燥度、清潔度低。當(dāng)主斷路器分?jǐn)鄷r(shí)，在滅弧室觸頭噴口處形成一股高速壓縮空氣流，使動(dòng)、靜觸頭分離，同時(shí)對(duì)產(chǎn)生的電弧進(jìn)行強(qiáng)烈的氣吹和冷卻，迫使電弧在電流過(guò)零時(shí)熄滅，從而實(shí)現(xiàn)電路的可靠分?jǐn)?。如果機(jī)車(chē)空氣干燥器不良，儲(chǔ)風(fēng)缸內(nèi)經(jīng)塞門(mén)進(jìn)入滅弧室的壓縮空氣量不夠，或未對(duì)主斷路器及時(shí)排水，均會(huì)造成壓縮空氣潮濕或臟污，而潮濕臟污的壓縮空氣又會(huì)造成滅弧室瓷瓶和支持瓷瓶?jī)?nèi)部絕緣強(qiáng)度降低，特別是動(dòng)、靜觸頭斷口處，電弧熄滅困難或重?fù)舸卮善績(jī)?nèi)壁面拉弧放電，長(zhǎng)時(shí)間燃弧使得壓縮空氣中的水分分解成氫、氧等氣體，體積迅速膨脹，造成滅弧室瓷瓶和支持瓷瓶的炸裂。

2.2.4動(dòng)觸頭復(fù)原彈簧卡滯、折斷或動(dòng)觸頭與動(dòng)觸頭座分離。由于主斷路器頻繁開(kāi)合動(dòng)作，動(dòng)觸頭復(fù)原彈簧和動(dòng)觸頭花鍵過(guò)盈配合在高溫與常溫相交替的惡劣環(huán)境中承受著頻繁的沖擊載荷，復(fù)原彈簧極易產(chǎn)生疲勞變形卡滯甚至折斷，花鍵過(guò)盈配合容易受到破壞使得動(dòng)觸頭與動(dòng)觸頭座分離，從而使動(dòng)、靜觸頭之間的接觸壓力減小，分?jǐn)嚅_(kāi)距減小，滅弧困難，燃弧時(shí)間延長(zhǎng)造成主觸頭燒損，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起滅弧室瓷瓶炸裂。

2.2.5非線性電阻性能變化。非線性電阻能夠抑制截流過(guò)電壓和降低恢復(fù)電壓的上升速度及幅值，如果非線性電阻因吸潮或某種原因長(zhǎng)時(shí)間承受電壓，通過(guò)電流，其性能極易發(fā)生變化，導(dǎo)致高壓大電流流經(jīng)非線性電阻，電阻嚴(yán)重過(guò)熱而爆炸。其性能變化還會(huì)降低主斷路器的分?jǐn)嗄芰Γa(chǎn)生大電弧，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成瓷瓶炸裂。

2.3 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)失效

當(dāng)主斷路器得到分?jǐn)嗷蜷]合信號(hào)，壓縮空氣進(jìn)入傳動(dòng)氣缸，主活塞推動(dòng)傳動(dòng)杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)，控制軸在切向力的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)進(jìn)行分?jǐn)嗷蜷]合。當(dāng)隔離開(kāi)關(guān)分?jǐn)嗷蜷]合即將到位時(shí)，緩沖風(fēng)缸空氣受到壓縮產(chǎn)生阻力減緩主活塞運(yùn)動(dòng)速度，使隔離開(kāi)關(guān)緩慢運(yùn)行到位，減小沖擊力。造成傳動(dòng)機(jī)構(gòu)失效的主要原因有：

2.3.1隔離開(kāi)關(guān)觸指超程。在隔離開(kāi)關(guān)動(dòng)作過(guò)程中，由于隔離開(kāi)關(guān)和轉(zhuǎn)動(dòng)瓷瓶均有一定質(zhì)量，在瞬間制停到位時(shí)，必然產(chǎn)生很大的慣性沖擊，這種慣性沖擊依靠傳動(dòng)氣缸的緩沖性能得到有效控制。在長(zhǎng)期交變切向力的作用下，轉(zhuǎn)動(dòng)瓷瓶安裝螺絲逐漸松動(dòng)，控制軸的鍵與軸、銷(xiāo)與軸及傳動(dòng)氣缸連桿銷(xiāo)和十字頭銷(xiāo)的磨耗也逐漸加快加大，傳動(dòng)氣缸的緩沖性能不良進(jìn)一步惡化了這種松動(dòng)和磨耗，軸與瓷瓶等配合處開(kāi)始出現(xiàn)間隙，產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，最終導(dǎo)致隔離開(kāi)關(guān)觸指超程。

2.3.2控制軸松曠、斷裂。傳動(dòng)氣缸緩沖不良必將造成隔離開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生很大的沖擊，使控制軸的鍵與軸、銷(xiāo)與軸之間磨耗加快，最終導(dǎo)致控制軸的松曠甚至斷裂，隔離開(kāi)關(guān)觸指超程就是斷裂的前奏。對(duì)斷裂的控制軸分解檢查發(fā)現(xiàn)都是斷在φ25 mm與φ28 mm的階梯過(guò)渡處，剛好是應(yīng)力集中的地方。主要原因有：

（1）控制軸未按設(shè)計(jì)工藝加工。設(shè)計(jì)圖紙?jiān)讦?5 mm與φ28 mm階梯處有R＝1 mm的過(guò)渡圓弧，而實(shí)際上沒(méi)有加工或沒(méi)有加工好，導(dǎo)致應(yīng)力集中。

（2）傳動(dòng)氣缸緩沖不良。隔離開(kāi)關(guān)在動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生非正常沖擊力導(dǎo)致控制軸應(yīng)力集中，加劇了疲勞斷裂。

（3）隔離開(kāi)關(guān)觸指超程后會(huì)沖擊凸臺(tái)，而沖擊凸臺(tái)又會(huì)加劇傳動(dòng)機(jī)構(gòu)配合零件的磨耗，形成惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致控制軸斷裂。

2.3.3傳動(dòng)機(jī)構(gòu)卡滯。如果傳動(dòng)風(fēng)缸活塞與缸體的間隙偏小和滑動(dòng)面潤(rùn)滑不良等，將會(huì)造成傳動(dòng)氣缸內(nèi)活塞與缸體間滑動(dòng)不靈活，活塞行程偏小，使得隔離開(kāi)關(guān)無(wú)法閉合到位。

3 防治措施

3.1 主閥卡位、漏風(fēng)的防治

① 將活塞材料由黃銅改為合金，增加強(qiáng)度和剛性，減少熱膨脹。② 更改活塞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。將活塞底部厚度加大到5mm，并采用圓弧過(guò)渡，減少應(yīng)力集中，從而增加剛性。③ 對(duì)活塞與主閥體在A、B組內(nèi)進(jìn)行重新選配，保證間隙符合0.095～0.125mm標(biāo)準(zhǔn)。④ 定期更換O形橡膠密封圈，并控制好O形圈的夾緊力。

3.2 瓷瓶炸裂的防治

3.2.1 在主斷路器各瓷瓶上涂防閃絡(luò)涂料，定期擦拭清洗并注意保持清潔。

3.2.2 規(guī)定乘務(wù)員每班須對(duì)主斷路器儲(chǔ)風(fēng)缸排水。分、合主斷時(shí)，按主斷分、合按鈕時(shí)間不少于2秒。

3.2.3 定期檢查機(jī)車(chē)空氣干燥器狀態(tài)，干燥劑變色達(dá)1/2更換，必要時(shí)對(duì)機(jī)車(chē)空氣管路進(jìn)行吹掃，保證壓縮空氣干燥、清潔。

3.2.4 定期打開(kāi)滅弧室檢查復(fù)原彈簧、通風(fēng)濾網(wǎng)、動(dòng)靜觸頭及其花鍵連接等內(nèi)部零件狀態(tài)，測(cè)量有關(guān)參數(shù)，必要時(shí)更換。主斷路器下車(chē)檢修時(shí)應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行檢修工藝，確保各項(xiàng)性能符合技術(shù)要求。

3.2.5 定期測(cè)量非線性電阻阻值，檢查其狀態(tài)，必要時(shí)對(duì)非線性電阻干燥劑進(jìn)行烘干處理，變色達(dá)1/2更換，組裝時(shí)保證密封。

3.3 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)失效的防治

3.3.1 定期檢查隔離開(kāi)關(guān)觸指是否有超程，一旦有超程就要引起足夠的重視并進(jìn)行記錄跟蹤。并規(guī)定閉合到位后，動(dòng)觸頭距靜觸頭凸臺(tái)距離必須大于15mm。

3.3.2 定期檢查傳動(dòng)機(jī)構(gòu)各軸、銷(xiāo)等零件的狀態(tài)，及時(shí)潤(rùn)滑給油，減少非正常磨耗，發(fā)現(xiàn)不良處所及時(shí)處理，磨耗到限的均要更換。

3.3.3 對(duì)控制軸進(jìn)行壽命管理，在新更換的控制軸上打上年月標(biāo)記，3年后必須更換。建議制作控制軸探傷試塊，對(duì)隔離開(kāi)關(guān)觸指超程的控制軸進(jìn)行超聲波探傷。

3.3.4 定期分解傳動(dòng)氣缸，檢查連桿銷(xiāo)、十字頭銷(xiāo)、活塞、缸體、M8孔等，保證其緩沖性能良好。

4 防治效果

通過(guò)采取以上一系列技術(shù)改造、改進(jìn)檢修工藝和規(guī)范使用保養(yǎng)等有效的防治措施，我段SS3型機(jī)車(chē)主斷路器頻發(fā)的各類(lèi)故障得到有效的控制，故障率明顯降低。我段在主斷路器修、管、用方面已總結(jié)了一些成功的經(jīng)驗(yàn)和好的做法，取得了良好的效果。以上防治措施中的建議正在逐步實(shí)施，期待我段主斷路器質(zhì)量進(jìn)一步有序可控。

參考文獻(xiàn)：

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