CRH1E型動車組主斷路器典型故障的原因分析及對策

王新磊 上海鐵路局上海動車客車段

1 討論背景

自2010年至今，CRH1E型動車組在上海鐵路局運營已經有三年多的時間，在此期間發(fā)生過各種不同類型的故障，其中有相當多的一部分為主斷路器方面的故障。比如：主斷路器不能正常斷開，主斷路器不能正常閉合,主斷路器供風電磁閥損壞，主斷路器內部控制板損壞等。通過對主斷路器故障的跟蹤分析，統(tǒng)計上海鐵路局南翔動車所CRH1E型動車組主斷路器故障發(fā)生的數(shù)量如表1所示。

表1 上海鐵路局南翔動車所CRH1E型動車組主斷路器故障發(fā)生統(tǒng)計表

分析目前已經發(fā)生的主斷路器故障，其中主斷路器不能正常斷開的故障占較大比例，比較典型的一個故障案例是：2012年4月11日，上海動車客車段南翔動車所CRH1064E擔當D314次（上海-北京南）交路，00車為主控端。當日5：52，IDU 報“05車 LCBT 不按指令打開（故障代碼：3400）”，12車受電弓自動降下，后續(xù)列車以丟失一個動力單元，限速200km/h運行，在一定程度上影響了動車組的正常運行。事后分析其原因，發(fā)現(xiàn)05車LCBT打開后輔助觸點動作異常，依然處于接通狀態(tài)，導致系統(tǒng)無法收到主斷打開的指令。

2 故障影響

因主斷路器是動車組所有供電的總開關，在發(fā)生主斷路器不能正常斷開的現(xiàn)象后，將直接影響動車組運行功率輸出。在動車組運行過程中，損失一個主斷路器，將失去2個牽引單元，即百分之二十的牽引動力，列車無法運行在額定功率運行，將限速240km/h運行。具體限速見表2（16編組CRH1E型動車組通過6個主斷路器（LCBT）連接10個動力車）。

表2 牽引限速表

3 故障分析

3.1 主斷路器結構

CRH1E動車組主斷路器是由電磁閥控制傳動氣缸的開閉，以此推動主開關的閉合，帶動肘節(jié)機構的動作，并通過輔助開關來反映主斷路器的狀態(tài)。由于其特殊的結構設計要求，起到弱點控制強電的功能，因此其不僅對電氣絕緣隔離要求較高，對機械強度的要求亦非常高，具體結構如圖1、圖2、圖3所示。

圖1 主斷路器

圖2 主斷路器內部側視圖

圖3 主斷路器內部正視圖

表3 主斷路器相關配件說明

3.2 主斷路器工作原理分析

CRH1E型主斷路器由一個主觸點帶動輔助觸點構成，主觸點的動作通過電磁閥的開閉控制氣室的開閉來推動，輔助觸點的動作反映了主觸點的狀態(tài)（如圖4），并以電信號形式傳送給TCMS（列車控制管理系統(tǒng)），從而列車確認該主斷路器的狀態(tài)。

從圖4、圖5中看出，主斷路器的輔助觸點在A4與C4之間來回擺動，其狀態(tài)分別為閉合、斷開狀態(tài)，該信號通過317206線供給DX33（輸入輸出采樣模塊）的1號管腳，經TCMS確認主斷路器的狀態(tài)。

圖4 主斷路器觸點信號

圖5 輔助觸點反饋信號線

3.3 主斷路器側板肘節(jié)機構設計問題

通過對多起故障主斷路器的分解剖析，發(fā)現(xiàn)主斷路器側板肘節(jié)機構斷裂是造成主斷路器不按指令打開的重要因素。

主斷路器側板肘節(jié)機構在主斷動作過程中起動傳遞主斷路器的動作狀態(tài)，并通過肘節(jié)機構傳遞給主斷路器的輔助觸點，在主斷路器的動作中起到反饋信號作用。因其肘節(jié)機構在頻繁的動作之后存在斷裂等現(xiàn)象，以至于導致主斷路器不能正確傳遞現(xiàn)有的動作狀態(tài)，TCMS即是認為該主斷路器存在故障。通過現(xiàn)有故障來看，肘節(jié)機構一般在主斷路器閉合時受力，因此在閉合時容易斷裂，在斷裂后不能正常復位，不能將主斷路器已經斷開的反饋信號及時傳遞給輔助觸點，即是TCMS認為該主斷路器存在故障，動車組將以主斷不按指令打開（故障代碼：3201）故障代碼報出，隨即受電弓自動降弓并封鎖，造成動車組丟失動力單元。

圖6 主斷路器內部拆解圖

圖7 易斷裂的側板肘節(jié)機構

3.4 主斷路器故障解決措施及改造方案實施

經拆解故障主斷路器發(fā)現(xiàn)，該主斷路器側板肘節(jié)機構材質為鋁合金，其結構強度不夠，在主斷路器閉合受力時及頻發(fā)動作過程中，易造成材料疲勞裂紋，最終導致肘節(jié)機構斷裂。

為了防止該類事件的發(fā)生，現(xiàn)提出更改主斷路器肘節(jié)機構材質的方案解決該故障隱患，由原來的鋁合金材質更換成碳素鋼。經技術改造后的主斷路器在CRH1064E動車組上做了實驗，實驗狀態(tài)良好，現(xiàn)已進行了批量整改。

4 主斷路器故障應急故障處理方案的改良

在主斷路器已經發(fā)生的故障中，主斷路器不按指令打開（故障代碼：3200）是影響較大的一個故障，而主斷路器不按指令閉合（故障代碼：3201）影響較小。從實際情況看，如果TP車（帶有受電弓的車）發(fā)生主斷路器不按指令打開故障，為了保護與該主斷路器相連其他高壓設備安全，TCMS將立即封鎖與這個主斷路器相連的其他高壓設備，包括受電弓、通往其他車的線斷路器（LCBB），將影響兩個單元的動力輸出，丟失3個動力車運行。而主斷路器不按指令閉合（故障代碼：3201）只影響故障主斷路器控制的動力輸出，不會封鎖受電弓及影響其他主斷路器的閉合。當主斷路器發(fā)生不按指令打開時，可能是由于主斷路器內部輔助觸點沒有收到主斷路器打開信號或主斷路器主觸點未斷開。

基于以上分析，這里提出將故障主斷路器的負載切除條件下，將主斷路器不按指令打開（故障代碼：3200）轉化為主斷路器不按指令閉合（故障代碼：3201），將故障發(fā)生后造成的影響降至最低。具體可在切除主斷路器下屬負載（牽引變流器）后，使用跳線筆將主斷路器閉合信號挑開，具體為圖5中的P3.K2.T.X21插線排1點的317201A線，以保證上線動車組在發(fā)生該類故障后對動車組正常運行的影響降至最小。