HXD2型電力機(jī)車總風(fēng)壓力低故障原因分析與對策

張 勇，肖 勇，路宜華，白 剛

(西安鐵路局 安康機(jī)務(wù)段，陜西安康725005)

HXD2型電力機(jī)車總風(fēng)壓力低故障原因分析與對策

張 勇，肖 勇，路宜華，白 剛

(西安鐵路局 安康機(jī)務(wù)段，陜西安康725005)

HXD2型交流傳動(dòng)八軸9 600 kW貨運(yùn)電力機(jī)車自2013年11月新造投入運(yùn)用以來，運(yùn)用中多次發(fā)生因總風(fēng)壓力低導(dǎo)致的區(qū)停及機(jī)破，嚴(yán)重影響機(jī)車運(yùn)用安全?，F(xiàn)從HXD2型電力機(jī)車空氣壓縮機(jī)控制原理、設(shè)計(jì)制造及運(yùn)用條件等方面出發(fā)，深入分析了造成機(jī)車總風(fēng)壓力低的原因，提出了解決措施和方案，通過實(shí)施取得了良好效果。關(guān)鍵詞 HXD2;總風(fēng);壓力低;原因分析;對策

HXD2型交流傳動(dòng)八軸9 600 kW機(jī)車是適應(yīng)山區(qū)線路運(yùn)用需要設(shè)計(jì)制造的貨運(yùn)電力機(jī)車，采用中國北車集團(tuán)自主研發(fā)的牽引控制系統(tǒng)和Faiyeley制動(dòng)系統(tǒng)，自2013年11月份新造投用以來，大大提高了鐵路入川通道運(yùn)輸能力。但因機(jī)車MPU軟件控制、壓縮機(jī)空氣斷路器選型、風(fēng)管路布置等方面存在設(shè)計(jì)不足，機(jī)車運(yùn)用過程頻繁發(fā)生總風(fēng)壓力低故障，投入運(yùn)用2個(gè)多月就發(fā)生了5起機(jī)破，多次造成臨修、區(qū)停，嚴(yán)重影響了機(jī)車的正常運(yùn)用，已成為影響HXD2型機(jī)車運(yùn)用安全的一個(gè)重點(diǎn)問題。

1 問題的提出

2013年11月份至2014年1月份期間對安康機(jī)務(wù)段支配的HXD2型機(jī)車總風(fēng)壓力低故障情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)匯總，具體情況見表1。

表1 總風(fēng)壓力低故障情況統(tǒng)計(jì)表

在17起總風(fēng)壓力低故障中，壓縮機(jī)空氣斷路器跳開9起，占故障件數(shù)的53%，是造成運(yùn)行中機(jī)車總風(fēng)壓力低的主要原因，壓縮機(jī)故障、控制接觸器故障及網(wǎng)絡(luò)控制等故障是導(dǎo)致機(jī)車總風(fēng)壓力低的次要原因。從故障檢查處理情況來看，總風(fēng)壓力低故障具有以下特點(diǎn):

(1)故障記錄難以查詢?？傦L(fēng)壓力低于600 kPa產(chǎn)生懲罰制動(dòng)后，微機(jī)顯示屏(DDU)故障記錄中無相關(guān)故障記錄，制動(dòng)顯示屏(BDU)中僅顯示懲罰制動(dòng)記錄，需下載MPU和BCU數(shù)據(jù)，分析后才能發(fā)現(xiàn)故障時(shí)總風(fēng)壓力低的情況。

(2)動(dòng)態(tài)故障難以復(fù)現(xiàn)。發(fā)生總風(fēng)壓力低故障的 機(jī)車回段后，多次對機(jī)車進(jìn)行打風(fēng)試驗(yàn)，壓縮機(jī)工作均正常，總風(fēng)壓力正常，故障一般不再復(fù)現(xiàn)。

(3)故障原因難以判定。故障機(jī)車回段后，多數(shù)故障無法查明故障原因，僅能在修理過程中對可能造成該故障的處所如壓縮機(jī)扳鍵開關(guān)、RIOM、總風(fēng)壓力傳感器、空氣斷路器等部位進(jìn)行了換件處理，但故障仍偶爾動(dòng)態(tài)發(fā)生。

(4)誤導(dǎo)故障判斷處置。運(yùn)行中當(dāng)總風(fēng)壓力低產(chǎn)生懲罰制動(dòng)后，因無明顯故障提示，易誤導(dǎo)乘務(wù)員判斷為機(jī)車制動(dòng)系統(tǒng)故障，擴(kuò)大故障影響。

2 原因分析

2.1 空氣壓縮機(jī)控制原理圖如圖1:

C1－CPR:主接觸器;C2－CPR:接觸器星接;C3－CPR:接觸器角接;Z－CPR:強(qiáng)泵開關(guān);SJ(VE)CPR:延時(shí)繼電器;VE－CPR:連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)電磁閥;T－CPR:壓縮機(jī)溫度開關(guān); P－CPR:壓縮機(jī)壓力開關(guān);RIOM:遠(yuǎn)程輸入輸出單元;GW:網(wǎng)關(guān);MPU:主處理單元;DJ－CPR:壓縮機(jī)斷路器。圖1 空氣壓縮機(jī)控制原理圖

2.2 空氣壓縮機(jī)控制過程

正常工作控制過程:機(jī)車輔助變流器運(yùn)行5 s后、壓縮機(jī)扳鍵開關(guān)在閉合位、總風(fēng)壓力低于750 kPa時(shí)，壓力開關(guān)MA1－(CP)閉合，RIOM2 5功能模塊將壓力開關(guān)閉合指令通過網(wǎng)關(guān)模塊GW2傳給本節(jié)MPU。MPU分兩路發(fā)出指令，一路通過GW2傳給本節(jié)RIOM2 9功能模塊，讓壓縮機(jī)主接觸器C1－CPR和啟動(dòng)接觸器C2－CPR得電(壓縮機(jī)啟動(dòng)前溫度開關(guān)T－CPR和壓力開關(guān)P－TPR均在閉合位)，3 s后C3工作接觸器得電，壓縮機(jī)由Y接接觸器改為△接接觸器供電;同時(shí)延時(shí)繼電器SJ(YE)CPR得電，延時(shí)結(jié)束后連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)電磁閥得電，壓縮機(jī)正常工作。MPU另一路信號通過WTB傳遞給它節(jié)MPU，控制它節(jié)壓縮機(jī)工作。

強(qiáng)泵風(fēng)工作控制過程:壓縮機(jī)扳鍵開關(guān)置強(qiáng)泵位，不受總風(fēng)壓力開關(guān)控制，扳鍵開關(guān)指令由RIOM16功能模塊經(jīng)GW1網(wǎng)關(guān)傳給MPU，MPU通過RIOM29功能模塊控制壓縮機(jī)工作。

2.3 故障原因

從原理分析可以看出，以下情況均可造成總風(fēng)壓力低故障:

(1)總風(fēng)壓力開關(guān)故障;

(2)壓縮機(jī)空氣斷路器DJ－CPR自動(dòng)跳開;

(3)網(wǎng)關(guān)功能模塊RIOM故障;

(4)控制程序功能缺陷;

(5)壓縮機(jī)溫度開關(guān)、壓力開關(guān)、連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)電控閥等任一故障;

(6)壓縮機(jī)出風(fēng)量不足;

(7)風(fēng)管路過風(fēng)能力差。

3 存在問題

3.1 壓縮機(jī)空氣斷路器設(shè)計(jì)安裝存在不足

(1)壓縮機(jī)空氣斷路器選型存在不足。HXD2型機(jī)車空氣壓縮機(jī)斷路器型號為GV3－P50型。該斷路器過流保護(hù)整定值設(shè)定為45 A，在實(shí)際運(yùn)用中因壓縮機(jī)工作電流較大，易發(fā)生空氣斷路器過流保護(hù)跳開，導(dǎo)致壓縮機(jī)停止工作問題。

(2)壓縮機(jī)空氣斷路器設(shè)計(jì)安裝位置考慮不周。該空氣斷路器安裝在輔助變流柜內(nèi)部，復(fù)位操作繁瑣?；謴?fù)空氣斷路器需進(jìn)行如下操作:旋轉(zhuǎn)并取下受電弓藍(lán)色鑰匙;使用藍(lán)色鑰匙操作接地開關(guān)至“接地位”再取下黃色鑰匙;使用黃色鑰匙操縱通用柜上安全聯(lián)鎖鑰匙箱再取下綠色鑰匙;再使用綠色鑰匙打開輔助變流柜門鎖閉機(jī)構(gòu);最后使用專用四角鑰匙打開輔助變流柜8個(gè)機(jī)械鎖閉器。整個(gè)恢復(fù)過程極其繁瑣，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，延長了故障處置時(shí)間，擴(kuò)大了故障影響，且存在安全隱患。

3.2 空氣壓縮機(jī)控制功能存在不足

總風(fēng)壓力開關(guān)檢測到風(fēng)壓低于750 kPa時(shí)，通過網(wǎng)絡(luò)控制兩個(gè)壓縮機(jī)啟動(dòng)。HXD2型機(jī)車采用某廠生產(chǎn)的TSA－2.4AI型空氣壓縮機(jī)，該型壓縮機(jī)采用連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)電磁閥失電排放機(jī)體內(nèi)壓力以達(dá)到空載啟動(dòng)目的。但因機(jī)車MPU控制軟件功能設(shè)計(jì)不足，壓縮機(jī)扳扭在運(yùn)行位和強(qiáng)泵位轉(zhuǎn)換時(shí)，同時(shí)輸出低電平，導(dǎo)致壓縮機(jī)短時(shí)間停止工作。而壓縮機(jī)停止工作后，C3接觸器未釋放，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)電磁閥不能失電排風(fēng)，導(dǎo)致壓縮機(jī)機(jī)體內(nèi)風(fēng)壓過高，造成壓縮機(jī)無法再次啟動(dòng)。并且這種情況下壓縮機(jī)單臺(tái)未啟動(dòng)或兩臺(tái)均未啟動(dòng)時(shí)，微機(jī)顯示屏(DDU)均無相關(guān)提示和記錄。

3.3 單臺(tái)空氣壓縮機(jī)工作不能滿足供風(fēng)需求

TSA－2.4AI型空氣壓縮機(jī)公稱容積流量為2.4 m3/ min，比 HXD1、HXD3型機(jī)車壓縮機(jī)排氣量少 1/5。(HXD1型機(jī)車壓縮機(jī)出風(fēng)量為3.0 m3/min)。安康機(jī)務(wù)段組織廠段技術(shù)人員進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，HXD2型機(jī)車在牽引列車46輛情況下，操縱節(jié)單臺(tái)壓縮機(jī)投入工作，自動(dòng)制動(dòng)閥最大減壓量后緩解全列車時(shí)，機(jī)車總風(fēng)壓力由750 kPa降至640 kPa左右，非操縱節(jié)單臺(tái)壓縮機(jī)工作時(shí)總風(fēng)壓力降至620 kPa左右。而安康機(jī)務(wù)段牽引貨物列車一般在45～60輛左右，牽引長大貨物列車時(shí)單臺(tái)壓縮機(jī)供風(fēng)量不能滿足緩解全列車用風(fēng)量需求。

3.4 機(jī)車總風(fēng)管路設(shè)計(jì)不足影響過風(fēng)能力

HXD2型機(jī)車總風(fēng)管總機(jī)械間向下布置，經(jīng)車體底部再向上彎曲，再通過總風(fēng)管折角塞門、總風(fēng)連管和另一節(jié)車總風(fēng)管相連，兩節(jié)之間總風(fēng)管呈4個(gè)“U”字型布置(如圖2所示)，總風(fēng)通過能力受到限制。特別是操縱節(jié)壓縮機(jī)故障使用非操縱段壓縮機(jī)打風(fēng)時(shí)，阻流現(xiàn)象尤為明顯。

圖2 總風(fēng)管彎曲情況

4 對策及建議

4.1 設(shè)計(jì)制造方面

4.1.1 壓縮機(jī)空氣斷路器設(shè)計(jì)改進(jìn)

(1)改變壓縮機(jī)空氣斷路器設(shè)計(jì)安裝方式。將空氣斷路器安裝布置方式由水平改為垂直放置，并在輔助變流柜門板上開孔，以便安全快捷的對斷路器進(jìn)行復(fù)位操作。圖3為柜體內(nèi)部斷路器的更改方案。

圖3 空氣斷路器垂直布置

(2)壓縮機(jī)空氣斷路器換型。組織調(diào)研分析壓縮機(jī)實(shí)際工作情況，將GV3－P50型空氣斷路器換型為GV3－P65型，過流保護(hù)整定值提高為57 A，進(jìn)行2個(gè)月的運(yùn)用驗(yàn)證觀察，效果較好，未發(fā)生空氣斷路器誤保護(hù)動(dòng)作現(xiàn)象。

4.1.2 控制軟件功能優(yōu)化

優(yōu)化調(diào)整控制軟件，增加壓縮機(jī)延時(shí)停機(jī)控制功能，延時(shí)停機(jī)3～5 s，避免壓縮機(jī)扳鍵開關(guān)在運(yùn)行位和強(qiáng)泵位頻繁轉(zhuǎn)換造成壓縮機(jī)停機(jī)無法再啟故障。軟件更新前后控制時(shí)序圖如圖4所示。

圖4 壓縮機(jī)控制時(shí)序圖

4.1.3 調(diào)整總風(fēng)壓力開關(guān)整定值或修改控制方式

針對壓縮機(jī)供風(fēng)能力不足問題，可將機(jī)車總風(fēng)壓力開關(guān)MA1整定值由750±20 kPa調(diào)整為750+20 kPa;或參考HXD3型機(jī)車壓縮機(jī)控制方式，總風(fēng)壓力低于825 kPa時(shí)，啟動(dòng)單臺(tái)壓縮機(jī)，壓力低于750 kPa時(shí)，兩臺(tái)壓縮機(jī)同時(shí)啟動(dòng)。

4.1.4 優(yōu)化機(jī)車總風(fēng)供風(fēng)能力

建議廠家進(jìn)行調(diào)研分析，可通過對壓縮機(jī)進(jìn)行換型或?qū)C(jī)車總風(fēng)管路設(shè)計(jì)布置進(jìn)行優(yōu)化，加大壓縮機(jī)公稱容積流量并減少總風(fēng)空氣管路設(shè)計(jì)安裝阻流現(xiàn)象，以提高供風(fēng)能力和總風(fēng)通過能力。

4.2 運(yùn)用操縱方面

4.2.1 運(yùn)用過程加強(qiáng)機(jī)車總風(fēng)壓力狀態(tài)檢查。

(1)發(fā)現(xiàn)機(jī)車總風(fēng)壓力低于整定值而壓縮機(jī)不自動(dòng)打風(fēng)時(shí)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行手動(dòng)強(qiáng)泵打風(fēng)。

(2)注意觀察DDU屏，及時(shí)進(jìn)行判斷處理。DDU屏有“壓縮機(jī)故障”提示時(shí)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行對應(yīng)壓縮機(jī)空氣斷路器的復(fù)位操作;檢查DDU屏壓縮機(jī)工作狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)接觸器狀態(tài)顯示異常時(shí)，進(jìn)行復(fù)位操作。

4.2.2 適當(dāng)提前使用強(qiáng)泵打風(fēng)確保機(jī)車用風(fēng)

為保證長大上坡道期間過分相運(yùn)用需要，經(jīng)過運(yùn)用實(shí)踐總結(jié)，在機(jī)車過分相絕緣區(qū)之前，應(yīng)提前使用強(qiáng)泵打風(fēng)，將機(jī)車總風(fēng)壓力升至900 kPa以上，可確保機(jī)車用風(fēng)。

5 結(jié)束語

通過對HXD2型機(jī)車總風(fēng)壓力低故障的深入分析，找出了HXD2型機(jī)車在軟件控制、配件選型、設(shè)計(jì)安裝等方面存在的問題，提出了相應(yīng)的改進(jìn)方案和行之有效的運(yùn)用操縱注意事項(xiàng)，經(jīng)實(shí)施控制軟件升級和壓縮機(jī)空氣斷路器換型改造等技術(shù)措施后，HXD2型機(jī)車總風(fēng)壓力低故障大幅下降，自2014年2月份以來未發(fā)生一起因機(jī)車總風(fēng)壓力低造成的機(jī)破及區(qū)停，有效保證了新八軸HXD2型機(jī)車運(yùn)用安全。

［1］ 交流傳動(dòng)八軸9 600 kW貨運(yùn)電力機(jī)車使用保養(yǎng)說明書［R］.大同:中國北車集團(tuán)大同電力機(jī)車有限責(zé)任公司，2013.

［2］ 交流傳動(dòng)八軸9 600 kW貨運(yùn)電力機(jī)車檢修手冊［R］.大同:中國北車集團(tuán)大同電力機(jī)車有限責(zé)任公司，2013.

Fault Analysis and Countermeasures for Low Overall Wind Pressure of HXD2 Electric Locomotive

ZHANG Yong，XIAO Yong，LU Yihua，BAI Gang
(Ankang Locomotive Depot，Xi＇an Railway Bureau，Ankang 725005 Shaanxi，China)

Since HXD2-type AC-drive eight-axle 9600kw freight electric locomotive was put into use from November 2013，the operational stop and mechanical damage due to low overall wind pressure had occurred for many times，which seriously affected the safe running of locomotive.Based on the control principle，design＆production，and application conditions of HXD2 electric locomotive air compressor，this paper makes in-depth analysis for the causes of low overall wind pressure，and proposes the corresponding measures and schemes.The practice indicates that the proposed measures and schemes are effective.

HXD2;overall wind;low pressure;cause analysis;countermeasures

U264.91+1

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2015.01.23

1008－7842(2015)01－0101－04

)男，助理工程師(

2014－06－15)