SS4電力機(jī)車TDZ1A型空氣主斷路器故障分析與改進(jìn)措施

岳玉新，韓衛(wèi)東，王振杰

(新鄉(xiāng)機(jī)務(wù)段，河南 新鄉(xiāng) 453000)

1 存在問題

SS4型電力機(jī)車是新鄉(xiāng)機(jī)務(wù)段新長、新侯線牽引任務(wù)的主型電力機(jī)車。TDZ1A型空氣主斷路器作為SS4型電力機(jī)車的一個重要部件，承擔(dān)著機(jī)車與接觸電網(wǎng)之間高壓電的引入、關(guān)斷及機(jī)車電器保護(hù)等重要作用。但是由于受材質(zhì)、氣溫、操縱的影響，主斷路器滅弧室瓷瓶炸裂、犯卡等現(xiàn)象已經(jīng)成為冬春季經(jīng)常發(fā)生的慣性質(zhì)量問題。由于我段新長、新侯線是高坡區(qū)段，一旦發(fā)生上述問題，嚴(yán)重影響到行車安全。據(jù)統(tǒng)計，2010年我段SS4型機(jī)車至11月底共發(fā)生機(jī)破、臨修638件，其中主斷路器故障就有75件，占總件數(shù)的11.7%，為此，通過對我段一年來機(jī)車運(yùn)用中出現(xiàn)的主斷路器故障原因及概況進(jìn)行綜合調(diào)研分析，提出了一些改進(jìn)措施，并取得了較好的效果。主斷故障情況見表1。

表1 2010年1月至2010年11月主斷路器的故障情況

2 故障原因

2.1 主斷路器資瓶燒損、炸裂分析

根據(jù)我段瓷瓶裂損現(xiàn)象進(jìn)行綜合分析，主要存在以下幾種原因:

(1)壓縮空氣濕度大，清潔度不高。主斷路器的分?jǐn)嗪蜏缁≈饕怯蓧嚎s空氣來完成的，在分?jǐn)鄤幼鬟^程中，壓縮空氣進(jìn)入滅弧室，使動、靜觸頭動作，動、靜觸頭分離。此外，壓縮空氣在觸頭噴口處形成一股高速氣流，對動、靜觸頭分離時的電弧進(jìn)行強(qiáng)烈的氣吹和冷卻，迫使電弧在電流過零時熄滅，從而實(shí)現(xiàn)電路的可靠分?jǐn)?。?dāng)空氣過于潮濕時，在電弧的作用下，空氣中的水分被分解為氫、氧等氣體，當(dāng)氫氧氣體濃度達(dá)到一定程度時，容易發(fā)生劇烈燃燒，造成滅弧瓷瓶的炸裂。另一方面主斷路器風(fēng)源不潔凈，含有較多油水及雜物等，吸附在滅弧室內(nèi)表面，引起分閘時內(nèi)表面閃絡(luò)放電后燒損絕緣子或使滅弧室炸裂。同時含有水分的壓縮空氣在吹弧瞬間，會引起高壓電離而拉弧，降低滅弧效果，并且燒損動、靜觸頭，導(dǎo)致瓷瓶炸裂。

(2)空氣主斷路器滅弧室瓷瓶采用陶瓷腔體與上下金屬法蘭盤通過水泥黏結(jié)而成。由于陶瓷材料脆性大、抗冷熱急劇變化能力差，同時和金屬材料的低溫收縮系數(shù)差別很大，特別是在冬季氣溫驟降的惡劣氣候條件下由于上述因素的存在極易在瓷瓶水泥交合處最薄弱的部位產(chǎn)生箍緊內(nèi)應(yīng)力，甚至造成瓷瓶出現(xiàn)細(xì)微裂紋。

(3)為了提高空氣主斷路器的綜合性能，目前所使用的TDZ1A型空氣主斷路器是在原TDZ1型主斷路器的基礎(chǔ)上，經(jīng)過把原差動式主閥改為直動式主閥、原Φ4mm彈簧鋼絲Ⅱ組材料改為Φ4.5mm的50CrVa材料等關(guān)鍵部件的改進(jìn)，使主斷路器的滅弧性能和分?jǐn)嗄芰τ兴岣摺Ｍ瑫r也增加了分閘瞬間的高風(fēng)壓對主動觸頭的沖擊力和分閘后復(fù)原彈簧反力作用對主動觸頭座的沖擊力，而相應(yīng)緩沖墊在低溫情況下會變硬，降低緩沖效果。

(4)主斷滅弧室瓷瓶動、靜觸頭閉合不到位。如:主觸頭復(fù)原彈簧使用周期長或材質(zhì)存在局部缺陷在使用中產(chǎn)生卡位、疲勞、斷裂以及動、靜觸頭在組裝過程中形位公差大，沒有完全對中，使接觸線達(dá)不到80%、接觸電阻大于200μΩ。此時，合主斷后主動、靜觸頭會產(chǎn)生不接觸或虛接現(xiàn)象，輔壓一般顯示200V左右，主斷已經(jīng)顯示閉合，且起劈相機(jī)正常。如果繼續(xù)牽引給流，當(dāng)電流達(dá)到一定值時，動、靜觸頭處會急劇發(fā)熱產(chǎn)生強(qiáng)大電弧、放電，燒損觸頭，由于滅弧腔內(nèi)溫度、壓力急劇升高而與滅弧室外溫差很大，引起滅弧室瓷瓶炸裂(一般都是從動觸頭根部斷裂)。之后，由于感應(yīng)過電壓以及非線性電阻特性使瞬間大電流通過非線性電阻，而非線性電阻容量有限，很快也會過熱燒損而炸裂。

(5)主斷路器滅弧室瓷瓶外表面不夠清潔或防污閃性能下降，引起高壓或操作過電壓閃絡(luò)，燒損滅弧室瓷瓶釉面。

2.2 主斷犯卡

從主斷路器的動作原理大致分析其卡位的原因如下:

(1)合閘閥頂桿頂力不夠，或合閘線圈反力彈簧力太大，或合閘線圈撞塊與合閘閥桿二者有過大偏差，造成合閘閥不能全開，進(jìn)氣量不足，致使傳動氣缸主活塞右側(cè)壓力不夠，可能卡位。

(2)延時閥上的反力彈簧過大，傳動風(fēng)缸主活塞左移時，左側(cè)的壓縮空氣不能迅速全部排出，因而阻止了主活塞左移，可能卡位。

(3)儲風(fēng)缸壓力不夠，使傳動風(fēng)缸主活塞動作緩慢，無法立即到位，可能卡位。

(4)主斷路器轉(zhuǎn)軸變形，傳動輪嚙合不良或定位機(jī)構(gòu)損壞等，都有可能使主斷卡位。

2.3 隔離開關(guān)觸指超程，法蘭盤裂損

此類故障發(fā)生的頻率較高，造成此故障的原因比較簡單，主斷路器分?jǐn)鄤幼鲿r，在動觸頭完成分?jǐn)嗪?，傳動氣缸控制隔離開關(guān)動作，斷開主回路，由于隔離開關(guān)和轉(zhuǎn)動瓷瓶均具有一定的質(zhì)量，在瞬間制停到位時，必然產(chǎn)生很大的慣性沖擊。主斷路器中轉(zhuǎn)動瓷瓶安裝螺絲松動、控制軸銷及傳動氣缸連桿和十字頭銷等在運(yùn)用中磨損嚴(yán)重，都能直接影響隔離開關(guān)觸指的行程。

隔離開關(guān)轉(zhuǎn)動瓷瓶法蘭的裂損只發(fā)生在TDZ1A型主斷路器上，其直接原因是TDZ1A型主斷路器隔離開關(guān)靜觸頭中部設(shè)有限制凸臺，隔離開關(guān)觸指超程后就會沖擊凸臺，其結(jié)果極易引發(fā)轉(zhuǎn)動瓷瓶法蘭盤的裂損。

2.4 動觸頭與動觸頭座分離

主斷動觸頭底座分離、斷裂等故障，該故障危害很大，輕則使主斷動、靜觸頭分離不開，重則造成主斷滅弧室瓷瓶炸裂，嚴(yán)重危及行車安全。滅弧室結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 滅弧室結(jié)構(gòu)圖

經(jīng)過對動觸頭仔細(xì)剖析，發(fā)現(xiàn)動觸頭底座分離、斷裂原因有:

(1)動觸頭底座強(qiáng)度不夠;

(2)動觸頭底座導(dǎo)向角為直角，壓裝時容易刮傷觸頭內(nèi)壁，導(dǎo)致觸頭與底座接觸強(qiáng)度不夠。

3 改進(jìn)措施

3.1 瓷瓶炸裂的防治

(1)在檢修作業(yè)中主斷路器每次小修必須更換復(fù)原彈簧以及緩沖墊，加強(qiáng)主斷路器滅弧室瓷瓶組裝過程中形位公差的配合，保證主動、靜觸頭接觸可靠、無偏差，避免接觸偏差引起的組裝應(yīng)力。另外加強(qiáng)機(jī)車小輔修及整備作業(yè)中主斷路器瓷瓶的狀態(tài)檢查和清潔保養(yǎng)，對防污閃性能下降的瓷瓶重新噴涂防污閃材料。

(2)使用新材料的HZ2273C型環(huán)氧樹脂滅弧室絕緣子替代原陶瓷質(zhì)的2273B型滅弧室瓷瓶。消除混合材料所產(chǎn)生的內(nèi)部自然應(yīng)力。緩沖墊材料選用添加聚丁二烯的改性丁苯橡膠材料，其耐寒性可提高15～20℃，優(yōu)化緩沖效果。

(3)在主斷儲風(fēng)缸進(jìn)風(fēng)口加裝調(diào)壓閥，因?yàn)門DZ1A型主斷路器最小工作風(fēng)壓為0.35MPA，沒接調(diào)壓閥前直接接總風(fēng)壓力時，直動式主閥分閘時對主動觸頭座的沖擊力很大，將風(fēng)缸壓力調(diào)整在0.5～0.6MPA之間，可大大減小直動式主閥分閘時對主動觸頭座的沖擊力。

(4)加強(qiáng)主斷路器空氣油水分離器的檢查，對油水分離器以及儲風(fēng)缸經(jīng)常排水，保證風(fēng)源的清潔度，下車主斷風(fēng)缸接頭必須進(jìn)行堵頭防護(hù)，防止異物進(jìn)行儲風(fēng)缸，保證風(fēng)源質(zhì)量。

3.2 主斷犯卡改進(jìn)措施

(1)保證在較高風(fēng)壓下，至少0.5MPA壓力以上進(jìn)行分?jǐn)嗖僮?，并且注意操作要平穩(wěn)，不要過于頻繁。

(2)對于合閘閥頂桿力不夠或合閘線圈反力彈簧力太大等情況，在檢修時適當(dāng)調(diào)整合閘閥線圈及延時閥反力彈簧的反力。

(3)針對主斷路器轉(zhuǎn)軸變形、傳動齒輪嚙合不良等情況要加強(qiáng)檢查，在齒輪嚙合處涂摸潤滑脂，改善嚙合條件。

3.3 隔離開關(guān)觸指超程，法蘭盤裂損改進(jìn)措施

(1)在主斷路器檢測試驗(yàn)中，制定相關(guān)措施，要求隔離開關(guān)動觸閉合到位后，距靜觸頭凸臺距離不能小于10mm。

(2)嚴(yán)格掌握各傳動軸、銷狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)不良處所及時處理，超磨到限的均予以更換。

(3)定期分解檢查傳動風(fēng)缸，在檢測實(shí)驗(yàn)中保證緩沖性能良好。

(4)將已裂損的法蘭盤換下，消除裂紋后，用銅焊修復(fù)。

3.4 動觸頭與動觸頭座分離改進(jìn)措施

(1)把觸頭底座內(nèi)壁直徑減小2mm。

(2)觸頭導(dǎo)向角直角部分改為弧度為11°20'。

(3)觸頭底座圓筒外部滾花齒距改為1.5。

通過以上改良較好解決了動觸頭底座分離、斷裂這個問題，在2010年度通過現(xiàn)場檢查與跟蹤，未出現(xiàn)一起該故障，保證了機(jī)車的運(yùn)行安全。

4 結(jié)束語

空氣主斷路器作為SS4機(jī)車上的一個重要保護(hù)部件，它的正常運(yùn)用是行車安全的重要保證，主斷路器故障也是困擾我們的一大難題，經(jīng)過多年的運(yùn)用我段在空氣主斷路器的集中檢修、運(yùn)用、管理方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，通過采取包括上述改進(jìn)措施在內(nèi)的一系列治理措施，在空氣主斷路器的運(yùn)用中取得了較好的效果。