SS4G電力機車輔助風(fēng)泵控制回路優(yōu)化

葉 林 上海鐵路局杭州機務(wù)段

近期有一線機車乘務(wù)員反映，在上班準(zhǔn)備作業(yè)時，利用輔助風(fēng)源進行升弓后打主風(fēng)泵，在總風(fēng)缸壓力上升到350kPa時，發(fā)生受電弓沿接觸網(wǎng)抖動，機車乘務(wù)員發(fā)現(xiàn)劈相機有堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象后隨即斷開主斷。雖未造成后果，可在電氣化區(qū)段由于弓網(wǎng)接觸狀態(tài)變化極易引發(fā)弓網(wǎng)故障。2009年2月4日福州機務(wù)段就發(fā)生了一起SS4G電力機車因升弓風(fēng)壓不足引起燒損接觸網(wǎng)的一般C類事故。為此，筆者在對機車乘務(wù)員加強操縱流程規(guī)范的同時，對SS4G機車用輔助風(fēng)泵升弓時，著重研究了是否可以實現(xiàn)機車在特定情況下的自主保護投入，以彌補機車乘務(wù)員在工作中因疏忽而引發(fā)的嚴(yán)重后果。即通過一定范圍內(nèi)的技術(shù)改造來達到方便機車乘務(wù)員，和保護行車設(shè)備的目的。

1 SS4G輔助風(fēng)源系統(tǒng)的缺陷

由于SS4G機車的升弓系統(tǒng)是以風(fēng)源為基礎(chǔ)的，所以在設(shè)計之初考慮到了初始升弓狀態(tài)的非常規(guī)性，在升弓風(fēng)源的安排上采用了冗余設(shè)計。以總風(fēng)缸、控制風(fēng)缸、輔助風(fēng)缸三級風(fēng)源供給，并通過逆止閥相互隔離，從而實現(xiàn)升弓風(fēng)源的常態(tài)化，從理論上說消除了因風(fēng)源消失或不足對初始升弓狀態(tài)的影響。但是在現(xiàn)場機車運用中，由于整備作業(yè)、監(jiān)控試驗和風(fēng)路的泄漏，對于SS4G的風(fēng)源存風(fēng)量都會產(chǎn)生較大的影響，特別是在SS4G總風(fēng)和控制風(fēng)壓均不足以滿足升弓條件或維持升弓后弓網(wǎng)之間的靜態(tài)接觸壓力時，我們就需要利用596SB對輔助風(fēng)缸進行充風(fēng)?，F(xiàn)行的輔助升弓系統(tǒng)除了輔助風(fēng)缸（105）、輔助風(fēng)泵（96）外還設(shè)有逆止閥（107106）、放水閥（169）及輔助風(fēng)壓表。在正常情況下利用輔助風(fēng)缸進行升弓時，只要人為將輔助風(fēng)缸初始壓力泵到升弓壓力就能進行操作。但實踐運用中由于輔助風(fēng)缸存風(fēng)量?。?3.5L），相當(dāng)于控制風(fēng)缸的1/5，總風(fēng)缸的1/10，升弓時即使風(fēng)路容積發(fā)生較小的變化都會引起輔助風(fēng)缸壓力的明顯降低（通過對SS4G1089、SS4G0870輔助風(fēng)缸升弓實驗，在機車升弓、合主斷后，輔助風(fēng)缸的衰減率約為初始壓力的20%～30%）。此時若沒有在第一時間被發(fā)現(xiàn)并再次補充，將會對升弓狀態(tài)造成直接影響，甚至導(dǎo)致弓網(wǎng)事故的發(fā)生。

2 對輔助風(fēng)源控制系統(tǒng)調(diào)整的必要性

輔助風(fēng)源的補充是通過輔助風(fēng)泵的人為驅(qū)動來實現(xiàn)的，在控制電路上是通過人為按下596SB使442KM線圈得電，再通過442KM的主觸頭向447MD勵磁和電樞繞組供電。換言之就是打多少風(fēng)是由按多久596SB決定的。這樣，一方面需要人工長時間操作596SB給乘務(wù)員上班工作帶來繁瑣，另一方面由于長時間人為按壓569SB對其觸點和復(fù)原彈簧乃至447MD的使用壽命都造成了一定的影響。由于考慮到升弓的衰減率，需要有人員在其期間不間斷的確認(rèn)其壓力，如低于規(guī)定值應(yīng)及時按下596SB補充，但在單班單司機操縱或是只有一人升弓時，由于不能在第一時間確認(rèn)機車輔助風(fēng)缸壓力而導(dǎo)致不能在風(fēng)壓衰減到臨界值時及時充風(fēng)補給，從而會對機車受電弓和接觸網(wǎng)的接觸壓力造成一定的影響。

針對SS4G機車所采用的全手動打小風(fēng)泵向輔助風(fēng)缸補風(fēng)模式，筆者認(rèn)為其不足之處在于：一方面在人機控制上不能滿足人機互控、備份冗余的模式，加之由于總風(fēng)缸、控制風(fēng)缸、輔助風(fēng)缸容積大相徑庭所以在用備份風(fēng)源升弓時如不通過人為補充就會出現(xiàn)大幅衰減不利于維持受電弓與接觸網(wǎng)的接觸壓力。另一方面是對輔助風(fēng)缸壓力檢測不夠快速有效，完全依賴乘務(wù)員對風(fēng)壓的人工控制，并且在出現(xiàn)壓力不足以支持升弓時，也只有通過人工斷電來防止。當(dāng)遇到只有一人需要利用輔助風(fēng)缸進行升弓操作時，由于在司機室不能第一時間確認(rèn)輔助風(fēng)缸壓力表，所以也不能對升弓時輔助風(fēng)壓進行檢測和補充，有悖于機車運用工作的安全導(dǎo)向原則。根據(jù)上述分析，筆者進一步探討了輔助風(fēng)泵控制回路技術(shù)改造方案。

3 輔助風(fēng)源控制系統(tǒng)的優(yōu)化方法

考慮到輔助風(fēng)缸在升弓時風(fēng)壓變化的必然行，設(shè)想通過用風(fēng)信號轉(zhuǎn)化為電信號，再利用電信號傳送到司機室和低壓柜進行人機互控。在機車輔助風(fēng)缸出口、控制風(fēng)缸出庫和總風(fēng)缸出口管增設(shè)四個壓力開關(guān)傳感器，分別控制Y1（輔助）、Y2（輔助）、Y3（總風(fēng)）、Y4（控制）壓力開關(guān)，其動作值分別為800kPa、500kPa、450kPa、480kPa。 并 同 時 設(shè) 有1KT、2KT分別延時3S、5S，一方面用于緩和1Y、2Y風(fēng)壓信號的不穩(wěn)定性，另一方面給司機確認(rèn)和人為采取措施留有時間，避免頻繁產(chǎn)生保護信號，以至影響機車。

為了避免乘務(wù)員長時間手按596SB，在442KM圈負(fù)端設(shè)Y1輔助反聯(lián)鎖，并在442KM圈正端和596SB之間增設(shè)442KM輔助正聯(lián)鎖實現(xiàn)442KM的自鎖，從而以簡單的操縱達到規(guī)定的升弓條件?？紤]到雙風(fēng)泵冗余打風(fēng)目的，在N681#增設(shè)GK1，當(dāng)一節(jié)輔助風(fēng)泵出現(xiàn)故障時可將其切除，利用甩單節(jié)升弓的方法進行配合操作。而在680#上增設(shè)1ZJ，用于在總風(fēng)缸壓力低于450kPa并且控制風(fēng)缸壓力低于480kPa時進入控制系統(tǒng)風(fēng)壓保護狀態(tài)。在司機室狀態(tài)顯示屏增設(shè)XD1、XD2以及逆流二極管D1、D2，分別由 Y1、Y2 輔助正聯(lián)鎖控制，同時增設(shè)680G#、681G#技改線。在主斷分閘信號544#后增加1ZJ和2KT延時吸合輔助低壓反聯(lián)鎖，并使其串聯(lián)用于自動控制低壓保護投入。

4 輔助風(fēng)源控制系統(tǒng)優(yōu)化后的工作原理

當(dāng)機車乘務(wù)員需要用輔助風(fēng)缸進行升弓時，可在關(guān)閉兩節(jié)169#塞門后按一下任意一節(jié)車的596SB按鈕，兩節(jié)車442KM同時得電。此時因442KM自鎖聯(lián)鎖閉合，即可放開596SB，447MD會在其自鎖聯(lián)鎖的驅(qū)動下繼續(xù)全速運行（見圖1）。當(dāng)輔助風(fēng)缸壓力充到500kPa時其681G#上的Y2低壓正聯(lián)鎖溝通控制臺XD2燈顯回路，XD2點亮告訴司機充風(fēng)正常，輔助風(fēng)缸正在建立壓力，要求對風(fēng)感壓力繼續(xù)跟蹤觀察。與此同時Y2低壓聯(lián)鎖溝通2KT控制回路，風(fēng)壓保護信號被切除。

圖1 線圈控制系統(tǒng)

隨著輔助風(fēng)缸壓力繼續(xù)上升，當(dāng)壓力達到800kPa時Y1壓力開關(guān)被驅(qū)動，其低壓正聯(lián)鎖溝通1KT控制回路，經(jīng)過3S延時后通過1KT延時釋放反聯(lián)鎖切斷442KM線圈控制電路（見圖2），輔助風(fēng)泵停打，此時Y1另一對低壓正聯(lián)鎖接通680G#的XD1燈顯回路，此時控制臺XD2、XD1同時點亮，告訴司機此時輔助風(fēng)缸已經(jīng)打到規(guī)定升弓壓力，可以進行升弓作業(yè)（見圖3）。

圖2 壓力延時控制系統(tǒng)

當(dāng)升弓時出現(xiàn)輔助風(fēng)缸風(fēng)壓衰減，與此同時由于Y1低壓正聯(lián)縮的釋放XD1首先熄滅，告訴司機輔助風(fēng)壓正在衰減（正常情況下衰減到580kPa～600kPa即會進入穩(wěn)壓狀態(tài)），此時2XD仍然點亮。

圖3 操縱臺提示燈顯回路

若由于某種原因?qū)е嘛L(fēng)壓繼續(xù)下降，當(dāng)下降到500kPa以下Y2壓力開關(guān)動作，其低壓正聯(lián)鎖釋放XD2熄滅，此時告訴司機輔助風(fēng)缸風(fēng)壓已經(jīng)接近正常升弓壓力底值參數(shù)，需要立即補充（在XD1、XD2 回路中還增設(shè) D1、D2，其作用是可通過狀態(tài)顯示屏的測試按鈕對其進行檢測，避免因燈泡故障而對升弓作業(yè)的風(fēng)壓信號造成誤解）。Y2的另一個低壓正聯(lián)鎖切斷2KT控制回路，通過2KT的延時吸合反聯(lián)鎖以控制風(fēng)壓保護信號的輸出。若此時總風(fēng)缸風(fēng)源未達到450kPa，控制風(fēng)缸壓力也低于480kPa，Y3、Y4壓力開關(guān)同時被激發(fā)。Y4的一個低壓反聯(lián)鎖與Y3低壓反聯(lián)鎖串聯(lián)后接入1ZJ線圈控制電路，其作用是在控制風(fēng)缸和總風(fēng)缸均達不到升弓壓力時才會有輔助風(fēng)缸失風(fēng)保護信號輸出。當(dāng)用控制風(fēng)缸升弓，總風(fēng)缸避免了在用正常風(fēng)源升弓時輔助均壓力不足而造成的主斷分閘信號誤輸出。1ZJ低壓正聯(lián)鎖吸合，機車544#輸出主斷跳閘信號（見圖4）。

圖4 風(fēng)壓保護信號輸出回路

也就是說當(dāng)總風(fēng)、控制風(fēng)缸未打到定壓時Y3、Y4低壓反聯(lián)鎖閉合溝通1ZJ線圈回路，1ZJ上的一個低壓正聯(lián)鎖閉合進入輔助風(fēng)壓自動保護檢測狀態(tài)，此時機車開始對輔助風(fēng)缸壓力進行偵測。當(dāng)偵測到低于規(guī)定壓力值(500kPa)時，就會使Y2低壓正聯(lián)鎖閉合，使2KT投入且經(jīng)過5s延時后，若機車乘務(wù)員仍然未采取補救措施，則機車輸出主斷分閘信號使機車主斷跳開，用于保護機車，避免其在帶負(fù)載的情況下，因升弓壓力不足引起抖弓導(dǎo)致拉弧放電燒損接觸網(wǎng)或引起變電所跳閘。

5 總結(jié)

綜上所述，機車輔助風(fēng)源控制系統(tǒng)經(jīng)加裝該套裝置，在利用輔助風(fēng)源升弓時，一方面：實現(xiàn)了機車乘務(wù)員在司機室就可以直接對輔助風(fēng)缸壓力變化情況進行檢測，能在第一時間判斷輔助風(fēng)源的衰減變化情況（司機只需對XD1、XD2進行確認(rèn)，通過其亮、滅情況就能判斷升弓條件是否滿足），真正做到了共同確認(rèn)情況下的"自控、互控、他控"；另一方面也實現(xiàn)了在人機互控的基礎(chǔ)上，通過四個壓力開關(guān)及中間繼電器的協(xié)調(diào)作用，實現(xiàn)了輔助風(fēng)泵"工作、停打、跳閘"的自動化控制，基本實現(xiàn)安全導(dǎo)向原則的要求，從一定程度上保證了機車在電氣化區(qū)段的行車安全。