HXD3型電力機車重聯(lián)控制故障原因分析與對策

肖 勇，林永利，曹天亮

（西安鐵路局 安康機務段，陜西安康725005）

HXD3型電力機車重聯(lián)控制功能設計較為完善，自2009-04以來全鐵路首次在襄渝、陽安、西康線山區(qū)線路采用單班司機值乘雙機重聯(lián)運用以來，具有節(jié)省乘務人員、便于重載牽引等優(yōu)點，在保證入川運輸通道的暢通中發(fā)揮了巨大作用。在實際運用中，因機車設計制造缺陷、技術資料及實踐經(jīng)驗的匱乏，重聯(lián)運用中也暴露出諸多問題，機車重聯(lián)控制故障時有發(fā)生，特別是2011年以來機車重聯(lián)控制故障大幅上升，故障判斷及處理較為困難，多次造成臨修、區(qū)停，已成為影響HXD3型機車運用安全的一個關鍵問題。

1 問題的提出

1.1 重聯(lián)控制故障情況統(tǒng)計分析

對西安鐵路局安康機務段配屬的HXD3型機車2009-04—2011-12期間機車重聯(lián)控制裝置情況進行了匯總，共計發(fā)生故障86件，經(jīng)統(tǒng)計分析主要分為以下幾種：

（1）機車運行途中出現(xiàn)重聯(lián)不受控現(xiàn)象。如對重聯(lián)機車不能正常進行斷合主斷路器、升降受電弓等。此類故障共發(fā)生35件，占總故障件數(shù)的40.7%。

（2）機車出庫、調車作業(yè)完畢或處理機車故障進行單車蓄電池斷合操作后，出現(xiàn)機車不能正常重聯(lián)，本務機車不能進行重聯(lián)機車CI支路隔離等操作。此類故障共發(fā)生18件，占總故障件數(shù)的20.9%。

（3）機車運行途中發(fā)生自動斷開重聯(lián)狀態(tài)進入單機模式、TCMS屏死屏或者始終顯示“連掛控制中”，機車無法進行重聯(lián)控制。此類故障共發(fā)生14件，占總故障件數(shù)的16.3%。

（4）機車運行途中發(fā)生TCMS系統(tǒng)故障，TCMS屏主界面顯示“微機控制柜故障”，微機正常燈不亮，本務或重聯(lián)機車喪失牽引力，或者出現(xiàn)重聯(lián)不受控現(xiàn)象。此類故障共發(fā)生16件，占總故障件數(shù)的18.6%。

（5）機車運行途中多次自動產生ATP緊急制動，無法消除請求救援。此類故障共發(fā)生3件，占總故障件數(shù)的3.5%。

2 原因分析

2.1 機車重聯(lián)控制原理

（1）重聯(lián)控制回路

因廠家提供的HXD3型機車重聯(lián)控制技術資料匱乏，結合機車故障現(xiàn)象，組織進行原理分析和試驗驗證，根據(jù)重聯(lián)控制功能不同將重聯(lián)控制回路分為5個部分。如圖1。

①重聯(lián)電話回路。主要功能為實現(xiàn)機車兩端及重聯(lián)機車間通訊信號傳輸，由1031，1032，1033線及屏蔽線組成。

②重聯(lián)檢知回路。主要功能為檢測機車是否進行了重聯(lián)線纜連接，通過TCMS信息傳輸確定機車進行重聯(lián)控制模式。由1009，1010，1019，1020，1021，1022，1025，1026組成，其中1021，1025為輸出檢知信號，其余為輸入檢知信號。

③重聯(lián)狀態(tài)判定回路。主要功能為與重聯(lián)控制繼電器KE25構成回路，通過信號傳輸回路的不同，判定機車重聯(lián)端別。進入重聯(lián)控制模式時，兩臺機車重聯(lián)端駕駛室為非有效駕駛室，非重聯(lián)端駕駛室為有效駕駛室。由1035，1036，1037，1038，1029，1030組成。

④數(shù)據(jù)傳輸回路。實現(xiàn)TCMS重聯(lián)控制指令及各類工況數(shù)據(jù)信息的傳輸。由1001，1002，1005，1006，1011，1012，1015，1016，1023，1024，1027，1028和屏蔽線組成。

圖1 HXD3型機車重聯(lián)控制電氣原理圖

⑤ATP信號傳輸回路。傳輸804機車安全緊急制動信號，保證重聯(lián)機車同時產生安全保護作用。通過重聯(lián)插座及線纜的“Y”線傳輸ATP緊急制動信號。

（2）重聯(lián)連接方式

HXD3型機車共設有4個重聯(lián)插座，每端2個，分別為CZ1～CZ4，機車重聯(lián)插座布置及定義如圖2所示。

機車重聯(lián)端使用2根重聯(lián)線纜連接，其重聯(lián)方式共有3種：Ⅰ+Ⅰ（GZ1-GZ2、GZ2-GZ1），Ⅰ+Ⅱ（GZ3-GZ2、GZ4-GZ1），Ⅱ+Ⅱ（GZ3-GZ4、GZ4-GZ3）。相應的機車重聯(lián)接線有所不同，以Ⅰ+Ⅰ重聯(lián)接線方式為例，重聯(lián)聯(lián)接方式如圖3，重聯(lián)接線如圖4。

（3）重聯(lián)連接過程

以A、B車Ⅰ+Ⅰ連接方式為例，重聯(lián)接線如圖4所示。

圖2 機車重聯(lián)插座布置

圖3 機車重聯(lián)聯(lián)接示意圖（Ⅰ＋Ⅰ）

（1）連接A、B兩車Ⅰ端重聯(lián)線；

（2）閉合A車蓄電池充電自動開關QA61，A車TCMS系統(tǒng)啟動，自動進入“單機”模式，A車重聯(lián)控制繼電器KE25處于得電狀態(tài)，如圖5。

（3）閉合B車蓄電池充電自動開關QA61，B車TCMS系統(tǒng)啟動，B車重聯(lián)控制繼電器KE25處于得電狀態(tài)。機車檢知信號通過B車CZ1、2U、V插針的1029→A車CZ2V插針的1037→A車KE25重聯(lián)控制繼電器→A車CZ1G插針的1035→B車GZ1G插針的1009構成回路，判斷B車進行重聯(lián)連接，且Ⅰ端為重聯(lián)端（即非有效駕駛室），B車TCMS進入“連掛控制中”畫面。同時A車通過B車KE25重聯(lián)控制繼電器構成的重聯(lián)狀態(tài)判定回路，TCMS也從“單機”模式進入“連掛控制中”畫面；如圖6。

（4）兩臺機車通過重聯(lián)插座R插針的1023／1024傳送機車重聯(lián)控制所需的各部件工況等數(shù)據(jù)信息；

（5）兩臺機車分別通過重聯(lián)插座Q插針的1021（輸出檢知）和1022（輸入檢知）向對方TCMS發(fā)送并接收重聯(lián)信息，確認機車完成重聯(lián)連接自檢過程，重聯(lián)控制準備工作結束，TCMS屏主畫面顯示“重聯(lián)／單機控制開始”，如圖7。點擊后進入“重聯(lián)”模式，如圖8。

（6）兩臺機車進入重聯(lián)控制模式后，通過1001，1002，1005，1006傳輸機車重聯(lián)控制指令及各部件工況等數(shù)據(jù)，通過804傳輸ATP緊急制動信號，分別由兩臺機車TCMS系統(tǒng)判斷執(zhí)行。

圖4 HXD3型機車重聯(lián)接線圖示（Ⅰ＋Ⅰ）

圖5 TCMS屏單機模式

圖6 TCMS屏連掛狀態(tài)

圖7 TCMS屏重聯(lián)準備

圖8 TCMS屏重聯(lián)模式

2.2 存在問題

（1）重聯(lián)線纜彎折斷股導致通訊中斷

HXD3型機車雙機重聯(lián)運用，因安康機務段地處秦巴山區(qū)，線路條件比較復雜惡劣，彎道多、橋梁多、坡道大，在長期振動、反復彎折作用下，易發(fā)生重聯(lián)線纜導線彎折斷股現(xiàn)象，接觸不良或斷裂導致重聯(lián)信號通訊中斷。因此重聯(lián)線纜的設計制造對線纜強度、韌性、屏蔽性能等要求較高。如2009-06以后，安康機務段HXD3型機車因重聯(lián)線纜廠家設計制造缺陷，導線材質韌性不足導致機車重聯(lián)運用2個月后連續(xù)發(fā)生重聯(lián)線纜斷股造成重聯(lián)通訊中斷故障，多次造成機破。

（2）插針油潤設計缺陷易導致觸頭接觸不良

為保證重聯(lián)插座觸頭良好回復性及可靠接觸，廠家對27芯插座插針內部設計有油潤通路，加裝潤滑脂進行潤滑，避免長期使用導致插針磨損。但在實際使用過程中，因氣候及振動等原因，機車運用2年以后，重聯(lián)插座插針油潤通路逐漸發(fā)生油脂泄漏現(xiàn)象，粉塵、油污等堆積在插針觸頭底部，導致觸頭回彈性能下降，易產生縮針現(xiàn)象，造成接觸不良。

（3）重聯(lián)控制設計缺陷導致易發(fā)“假重聯(lián)”現(xiàn)象

所謂“假重聯(lián)”，是指機車TCMS系統(tǒng)判斷機車進入重聯(lián)狀態(tài)，各部分顯示正常，但實際操作中不能真正實現(xiàn)重聯(lián)控制功能的現(xiàn)象。主要表現(xiàn)有①本務機車不能控制重聯(lián)機車受電弓、主斷路器正常斷開或閉合操作；②本務機車無法實現(xiàn)在TCMS屏上隔離或投入重聯(lián)機車CI、APU部件等操作。

這種現(xiàn)象多發(fā)于正常重聯(lián)機車其中一臺機車因故進行蓄電池斷、合電操作后。

HXD3型機車正常的重聯(lián)狀態(tài)，是由兩臺機車TCMS系統(tǒng)互相發(fā)送信號，重聯(lián)檢知確認并確認兩臺機車各部件工況后構成。而其中一臺機車因故斷、合電后，另外一臺TCMS系統(tǒng)仍然默認機車處于重聯(lián)狀態(tài)，不再對斷電機車進行各部件工況的信號傳輸確認，因此導致兩臺機車進入"假重聯(lián)"，易發(fā)生重聯(lián)機車不受控故障。

（4）重聯(lián)線路不良導致重聯(lián)控制動態(tài)故障

①頻繁重聯(lián)拆解及合車作業(yè)導致插座與插頭間接觸不良。機車頻繁進行拆解及合車作業(yè)，不僅易導致插座與插頭連接松動、插針歪斜縮針現(xiàn)象，且因外點編組場作業(yè)環(huán)境等因素影響，可能導致重聯(lián)線纜插頭進入粉塵、油污及雜物，觸頭表面污穢導致接觸不良。

②連接狀態(tài)不可靠，壓緊裝置不到位等原因導致插座與插頭間連接松動。

③重聯(lián)插座與TCMS之間重聯(lián)控制線路導線布線不規(guī)范，發(fā)生斷裂、毛刺等。

④重聯(lián)插座Y插針因油水污染等問題短接帶電，易導致機車804信號得電造成兩臺機車產生ATP緊急制動。

（5）TCMS系統(tǒng)故障通訊中斷

①機車運用途中發(fā)生TCMS1系故障，不能自動轉入熱備的TCMS2系工作，導致重聯(lián)通訊中斷。

②KE25重聯(lián)控制繼電器故障，導致機車不能判斷有效駕駛室，重聯(lián)通訊異常。

3 對策及建議

3.1 設計制造方面

（1）提高重聯(lián)線纜選材及加工工藝。廠家應充分考慮重聯(lián)線纜運用條件，選用合格導線，避免短時間內疲勞斷裂。同時提高抗干擾屏蔽工藝，避免諧波或電磁場的干擾可能導致的信號錯漏。

（2）改進重聯(lián)插座制造工藝。廠家應研究改進插針潤滑工藝，避免長期運用產生的潤滑油脂泄漏導致粉塵堆積問題。

（3）改進重聯(lián)控制設計，提高可靠性。

①改進重聯(lián)連接功能軟件設計，避免“假重聯(lián)”。TCMS系統(tǒng)判斷某臺機車重聯(lián)控制斷開（檢知回路故障、線路故障或某臺機車蓄電池斷電）時，應同時斷開兩臺機車重聯(lián)控制功能，自動進入單機控制模式，清除TCMS系統(tǒng)重聯(lián)相關數(shù)據(jù)。當進入重聯(lián)狀態(tài)時，應重新進行重聯(lián)控制相關數(shù)據(jù)傳輸及信號交換，確保重聯(lián)控制連接有效。

②完善重聯(lián)控制自診斷功能設計，便于判斷處理。重聯(lián)控制設計中應增加各個重聯(lián)連接環(huán)節(jié)信號監(jiān)測及判斷功能，當重聯(lián)控制發(fā)生故障時，應在本務機車TCMS屏顯示“重聯(lián)控制故障”等明顯提示，提示乘務員檢查處理重聯(lián)控制故障，同時應監(jiān)測判斷故障點并記錄，以便進行后續(xù)故障判斷及處理工作，杜絕發(fā)生重聯(lián)機車不受控，主斷路器非正常斷開／閉合導致的弓網(wǎng)等事故發(fā)生。

③建議取消KE25重聯(lián)控制繼電器。因重聯(lián)控制功能需要，KE25重聯(lián)控制繼電器為常得電設計，HXD3型機車無論單機或重聯(lián)運用，該繼電器均處于得電狀態(tài)，長期使用該繼電器易發(fā)生故障，導致重聯(lián)狀態(tài)判定錯誤造成重聯(lián)控制故障。根據(jù)該繼電器功能設計及實際使用情況，建議取消KE25重聯(lián)控制繼電器，減少控制環(huán)節(jié)，降低重聯(lián)控制故障概率。

3.2 檢修維護方面

（1）盡量采用雙機固定重聯(lián)牽引，避免頻繁拆解。雙機固定重聯(lián)運用，不僅可以保證機車重聯(lián)插座與重聯(lián)線纜插頭間的可靠連接，避免頻繁拆解導致的連接松動、異物污染等導致的重聯(lián)接觸不良的故障，而且便于重聯(lián)線纜的配件管理，大大減少了重聯(lián)故障的排查處理故障點。

（2）規(guī)范重聯(lián)拆解、合車作業(yè)程序。根據(jù)現(xiàn)場情況，結合故障易發(fā)控制點，制訂了《HXD3型機車重聯(lián)合車（拆解）作業(yè)標準》，將檢查測試重聯(lián)線纜導線連接狀態(tài)、檢查重聯(lián)插座觸頭表面狀態(tài)、連接捆綁加漆封及機車重聯(lián)試驗等納入作業(yè)標準，避免因作業(yè)人為因素導致的松動、污損及虛接現(xiàn)象。

（3）加強重聯(lián)線纜配件管理。一是對下車的重聯(lián)線纜配件，外觀檢查觸頭端面并使用細紗布蘸取無水乙醇對觸頭表面擦試，去除表面污穢，并自然晾干；二是對檢查良好的車下、車上重聯(lián)線纜配件，在插頭兩端加裝橡膠護套，避免粉塵油水污染。

（4）將重聯(lián)插座觸頭清洗作業(yè)納入HXD3型機車修程檢修范圍。為解決長期運用機車重聯(lián)插座插針底部粉塵油污堆積導致的插針回彈性能下降、觸頭表面污穢問題，制訂了《HXD3型機車重聯(lián)插座清洗、檢查作業(yè)指導書》，并納入季檢、半年檢及一年檢檢修范圍，使用無水乙醇對動觸頭端面和側面進行清洗，同時按壓檢查動觸頭回彈性能。

（5）探索重聯(lián)線纜長壽命化管理。聯(lián)系相關廠家對重聯(lián)線纜的設計技術資料，結合機車重聯(lián)運用實際情況，收集整理分析重聯(lián)控制故障信息，逐步探索確定重聯(lián)線纜使用年限，對重聯(lián)線纜進行定期更新，有效避免批量產生的重聯(lián)線纜導線疲勞斷裂、膠管龜裂老化、抗干擾性能下降等問題。

3.3 運用操縱方面

（1）運用過程注意監(jiān)控重聯(lián)機車工作狀況。HXD3型機車重聯(lián)控制功能設計較為完善，乘務員可在本務機車TCMS屏切換觀察重聯(lián)機車運用狀況，包括主斷路器、受電弓、網(wǎng)壓、原邊電壓、原邊電流、牽引力發(fā)揮以及CI、PSU、APU等各主要部件工作狀況。加之HXD3型機車安裝有機車狀態(tài)顯示屏，因此我們要求乘務員在機車動車時及運用途中，應將TCMS屏切換至重聯(lián)機車狀態(tài)顯示界面，隨時監(jiān)控后車工作狀況，避免重聯(lián)控制故障未及時發(fā)現(xiàn)處置擴大故障影響。

（2）規(guī)范重聯(lián)機車蓄電池作業(yè)程序。當兩臺機車在重聯(lián)運用過程中出現(xiàn)故障時，若其中一臺機車需進行蓄電池斷、合操作，則另外一臺機車也必須重啟蓄電池，確保兩臺機車TCMS系統(tǒng)重新進入正常重聯(lián)控制模式，避免“假重聯(lián)”。

3.4 故障判斷處理方面

（1）重聯(lián)機車不受控，無故障提示

此類故障原因一般是因“假重聯(lián)”或機車線路不良導致通訊中斷造成。

①如前期進行過其中一臺機車蓄電池、斷合操作，可初步判斷為“假重聯(lián)”，重新組織對兩臺機車蓄電池重啟，恢復機車正常重聯(lián)狀態(tài)。

②檢查重聯(lián)線纜與插頭連接狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)連接松動、插針縮針、觸頭污穢等問題時進行針對性處理。

③機車運用過程如條件允許，可拆除兩臺機車重聯(lián)線纜，采用兩臺機車單機連掛模式維持運用。

④機車回機務段后，可檢查測量重聯(lián)線纜聯(lián)接狀態(tài)，清洗處理重聯(lián)插座觸頭。

⑤根據(jù)圖1、圖2所示機車3種不同的重聯(lián)接線方式及控制原理，檢查測量重聯(lián)控制數(shù)據(jù)傳輸回路相關線路導通狀態(tài)，以徹查故障處所。

（2）機車無法進入或自動斷開重聯(lián)狀態(tài)

此類故障原因一般是為重聯(lián)檢知及狀態(tài)判定回路故障。TCMS屏顯示“連掛控制中”、TCMS屏死屏或某一臺機車自動進入單機狀態(tài)。

①重聯(lián)線纜插頭與插座連接松動，運用過程因振動、扭曲等原因導致松脫。

②機車運用過程如條件允許，可拆除兩臺機車重聯(lián)線纜，采用兩臺機車單機連掛模式維持運用。

③檢查測量重聯(lián)線纜連接狀態(tài)，清洗處理重聯(lián)插座觸頭。

④根據(jù)圖1、圖2所示機車3種不同的重聯(lián)接線方式及控制原理，檢查測量重聯(lián)控制檢知回路及狀態(tài)判定回路相關線路導通狀態(tài)，以徹查故障處所。

⑤檢查KE25重聯(lián)控制繼電器狀態(tài)，不良時更換。

（3）TCMS系統(tǒng)故障

此類故障均會顯示相關故障記錄及提示。故障機車TCMS屏主界面的故障信息欄提示“微機控制柜故障”，TCMS屏故障履歷中顯示“TCMS1系故障”，運用過程如影響重聯(lián)控制時可對故障機車低壓電器柜QA41（微機控制1）自動開關進行切除，人為轉換至TCMS2系工作維持重聯(lián)運用，回機務段后組織徹查故障原因，并進行針對性處理。

（4）機車頻繁產生緊急制動

此類故障除CCBⅡ制動系統(tǒng)自身故障外，也可能因機車重聯(lián)插座插針污染放電造成。機車LCDM屏故障記錄中有“緊急制動：ATP”，且該故障一般頻繁發(fā)生或804始終處于得電狀態(tài)無法緩解。排除CCBⅡ制動系統(tǒng)故障原因后，可檢查兩臺機車8個重聯(lián)插座狀態(tài)，清除插座插針污穢。

4 結束語

通過對HXD3型機車重聯(lián)控制原理的深入分析，找出了機車重聯(lián)控制在設計制造、檢修維護及運用操縱等方面存在的問題，提出了相應的改進方案和行之有效的檢修維護標準，并梳理了3種類型重聯(lián)控制故障的判斷處理方法，有效減少了HXD3型機車重聯(lián)控制故障的發(fā)生，保證HXD3型大功率交流電力機車的運用安全。

［1］HXD3型交流傳動電力機車運用保養(yǎng)說明書［R］.中國北車集團大連機車車輛有限公司，大連：2007.