HXD3C型電力機(jī)車潛油泵斷路器跳開故障的原因分析及對(duì)策

杜建波， 趙　奕

(濟(jì)南鐵路局　濟(jì)南機(jī)務(wù)段， 山東濟(jì)南 250023)

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HXD3C型電力機(jī)車潛油泵斷路器跳開故障的原因分析及對(duì)策

杜建波， 趙奕

(濟(jì)南鐵路局濟(jì)南機(jī)務(wù)段， 山東濟(jì)南 250023)

濟(jì)南機(jī)務(wù)段配屬的HXD3C型電力機(jī)車途中多次發(fā)生潛油泵斷路器跳開故障，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)故障發(fā)生情況進(jìn)行了原因分析，并提出了故障解決對(duì)策，通過對(duì)策實(shí)施取得了良好效果。

HXD3C型機(jī)車；潛油泵；空氣斷路器；原因分析

HXD3C型電力機(jī)車主變壓器有兩個(gè)油循環(huán)回路，安裝2個(gè)潛油泵，為變壓器油循環(huán)提供動(dòng)力。輔助變流器APU2以恒頻恒壓方式輸出380 V，50 Hz的交流電，經(jīng)過變壓器油泵斷路器向主變壓器油泵MA21、MA22供電。任何一組故障或被隔離時(shí)，其對(duì)應(yīng)牽引變流柜內(nèi)的3組主變流器和3臺(tái)牽引電動(dòng)機(jī)全部停止工作。

濟(jì)南機(jī)務(wù)段配屬的HXD3C型電力機(jī)車途中多次發(fā)生油泵斷路器跳開，導(dǎo)致潛油泵被隔離，機(jī)車失去部分牽引力，嚴(yán)重影響機(jī)車正常運(yùn)用。例如2015年2月8日,HXD3C 0668機(jī)車牽引K709次客運(yùn)列車，運(yùn)行至章丘—王村間過分相后因油泵1跳脫扣失去牽引力，造成區(qū)間停車。針對(duì)濟(jì)南機(jī)務(wù)段HXD3C型電力機(jī)車發(fā)生潛油泵故障的情況，我們進(jìn)行了故障統(tǒng)計(jì)，如表1所示。

表1　故障統(tǒng)計(jì)

1　原因分析

主變壓器油泵斷路器采用西門子3RV1021-1KA10型紐子脫扣開關(guān)，該斷路器具有瞬時(shí)過電流保護(hù)熱、過載保護(hù)及缺相保護(hù)。瞬時(shí)過電流保護(hù)值為163 A。該斷路器整定電流范圍為9～12.5 A，HXD3C型電力機(jī)車潛油泵實(shí)際選定的過載整定電流In為10.5 A，即將斷路器的熱過載保護(hù)值選擇為10.5 A，如圖1所示：

圖1　HXD3C型電力機(jī)車潛油泵斷路器

3RV1021-1KA10型紐子脫扣開關(guān)熱過載保護(hù)設(shè)計(jì)符合10級(jí)脫扣保護(hù)級(jí)別(其保護(hù)動(dòng)作的時(shí)間與整定電流In的關(guān)系曲線如圖2中間曲線所示)，從圖2中可以看出，當(dāng)油泵工作電流為10.5 A時(shí)，即1×In，曲線無交集，說明脫扣過載保護(hù)不會(huì)動(dòng)作；當(dāng)油泵工作電流為21 A時(shí)，即2×In，大約延時(shí)70 s，脫扣過載保護(hù)動(dòng)作；當(dāng)油泵工作電流為31.5 A時(shí)，即3×In，大約延時(shí)30 s，脫扣過載保護(hù)動(dòng)作。

通過對(duì)斷路器特性的分析，我們一方面根據(jù)上述關(guān)系曲線，對(duì)發(fā)生跳開故障的斷路器進(jìn)行測(cè)試發(fā)現(xiàn)，斷路器開關(guān)動(dòng)作正常。另一方面我們對(duì)發(fā)生油泵斷路器跳開故障頻率較高的HXD3C 0668、HXD3C 0791機(jī)車油泵工作電流進(jìn)行測(cè)試。經(jīng)測(cè)試HXD3C 0668機(jī)車油泵1、2工作電流均為11.7 A，而HXD3C 0791機(jī)車油泵工作電流均為11.8 A。上述結(jié)果均已經(jīng)超過油泵脫扣設(shè)定的額定工作值。

圖2　保護(hù)動(dòng)作的時(shí)間與整定電流的關(guān)系曲線

濟(jì)南機(jī)務(wù)段HXD3C型機(jī)車裝配的潛油泵共有3個(gè)不同的生產(chǎn)廠家，分別為株洲榮達(dá)、株洲敏銳與浙江爾格。對(duì)濟(jì)南機(jī)務(wù)段配屬的全部88臺(tái)HXD3C型機(jī)車的油泵生產(chǎn)廠家及工作電流進(jìn)行普查測(cè)試，其結(jié)果如下：

表2　油泵電流測(cè)試情況

通過以上測(cè)試發(fā)現(xiàn)，潛油泵電流值過高是造成油泵斷路器跳開的主要原因。

2　影響油泵工作電流的因素

2.1油泵本身額定工作電流存在差異

3種廠家生產(chǎn)的油泵的設(shè)計(jì)參數(shù)基本相同，其額定值分別為：功率3.7 kW、電壓380 V、揚(yáng)程16 m、頻率50 Hz、流量48 m3/h、轉(zhuǎn)速1 440 r/min。但額定電流略有差別，其中株洲榮達(dá)與株洲敏銳公司生產(chǎn)的油泵額定電流為7.8 A，而浙江爾格公司生產(chǎn)的油泵的額定電流為8.5 A。從以上參數(shù)可以看出，浙江爾格科技股份有限公司生產(chǎn)的油泵電機(jī)工作電流額定值要高于其他兩個(gè)廠家生產(chǎn)的電機(jī)。

2.2環(huán)境溫度的差異

環(huán)境溫度對(duì)變壓器油的黏稠度產(chǎn)生影響，冬季環(huán)境溫度低，變壓器油黏稠度大；夏季環(huán)境溫度高，變壓器油黏稠度低。介質(zhì)的黏度對(duì)泵的影響是很大的，當(dāng)黏度增加時(shí)，泵的揚(yáng)程特性曲線下降，最佳工況的揚(yáng)程和流量均隨黏度的增加而下降，而功率則隨黏度的增加而上升，泵的效率降低。

濟(jì)南機(jī)務(wù)段5臺(tái)HXD3C型機(jī)車發(fā)生的13次油泵脫扣均在冬季，這說明油的黏稠度是功率油泵功率的重要因素。

2.3主變壓器油路個(gè)體差異

HXD3C型電力機(jī)車所使用的主變壓器均為大連機(jī)車車輛有限公司生產(chǎn)的JQFP-10160/25型主變壓器，但不同個(gè)體之間存在差異。一是變壓器的繞組是人工繞制的，不同變壓器繞組導(dǎo)線密度、間隙存在差異，造成繞組油路阻尼系數(shù)的差異；二是變壓器油箱及外部油管路存在個(gè)體差異，造成油管路阻尼系數(shù)存在差異；三是變壓器油箱的油位存在差異。

以上3點(diǎn)造成主變壓器油路阻尼系數(shù)不同，主變壓器油路的阻尼越小，油泵單位時(shí)間內(nèi)的泵油量越大，油泵的實(shí)際工作功率越高，油泵電流就越高。

2.4復(fù)合冷卻器個(gè)體差異

濟(jì)南機(jī)務(wù)段配屬的HXD3C型機(jī)車，裝配的復(fù)合冷卻器共有2個(gè)廠家，兩種復(fù)合冷卻器的額定流量均為48 m3/h，但實(shí)際的流量存在一定差異，且為克服冬季油流不暢的問題，生產(chǎn)廠家后期均對(duì)復(fù)合冷卻器油路管道進(jìn)行了改造，使得復(fù)合冷卻器油流阻尼系數(shù)有所降低。

復(fù)合冷卻器油路的阻尼越小，油泵單位時(shí)間內(nèi)的泵油量越大，油泵的實(shí)際工作功率越高，油泵電流也越高。

3　改進(jìn)措施

(1) 從油泵工作電流的普查測(cè)試結(jié)果看，油泵工作電流的變化范圍從6～12 A，變化幅度很大，但機(jī)車油泵斷路器開關(guān)卻設(shè)置了統(tǒng)一的過載保護(hù)電流值，因而對(duì)于工作電流偏大的油泵電機(jī)，開關(guān)會(huì)有誤動(dòng)作的情況。因此，對(duì)于個(gè)別有油泵斷路器開關(guān)跳開現(xiàn)象的油泵電機(jī)，可以實(shí)際測(cè)試出油泵工作電流，并以此為參考將油泵脫扣過載保護(hù)值適當(dāng)調(diào)大，以避免油泵脫扣誤動(dòng)作的發(fā)生。

(2) 雖然調(diào)整油泵斷路器保護(hù)值能夠克服油泵斷路器跳開故障的發(fā)生，但當(dāng)油泵電機(jī)長(zhǎng)期工作于超過額定電流約3 A的條件下，對(duì)電機(jī)的使用壽命將產(chǎn)生不利影響。因此，對(duì)于油泵工作電流過高的機(jī)車，應(yīng)選配額定功率較低的油泵，達(dá)到降低油泵工作電流的要求。

(3) 建議大連機(jī)車車輛有限公司在機(jī)車出廠前對(duì)油泵工作電流進(jìn)行測(cè)試，對(duì)于工作在偏離額定工況較大的油泵進(jìn)行更換，同時(shí)建議大連機(jī)車車輛有限公司協(xié)調(diào)各油泵供應(yīng)商，統(tǒng)一油泵電機(jī)的額定工作電流，加強(qiáng)油泵出廠前的性能測(cè)試。

(4) HXD3C型機(jī)車目前的TCMS微機(jī)軟件版本為134版本，機(jī)車過分相后單個(gè)油泵故障會(huì)造成整車無牽引力故障。目前，濟(jì)南機(jī)務(wù)段已將TCMS軟件版本全部升級(jí)為135版本，升級(jí)后的135軟件版本支持“單油泵故障，過分相后機(jī)車可以輸出一個(gè)轉(zhuǎn)向架的牽引力”，從而避免由于單油泵故障造成區(qū)間停車的情況。

4　結(jié)束語

通過對(duì)HXD3C型電力機(jī)車潛油泵斷路器跳開故障問題的深入分析，找出空氣斷路器在過載電流保護(hù)值選擇以及影響油泵工作電流方面存在的問題，提出了相應(yīng)的整改措施和建議，通過整改，有效減少HXD3C型電力機(jī)車油泵斷路器跳開故障，提高機(jī)車質(zhì)量，確保HXD3C型電力機(jī)車的運(yùn)用安全，同時(shí)也為機(jī)車其他負(fù)載斷路器跳開故障原因查找及預(yù)防提供借鑒。

[1]中國北車集團(tuán)大連機(jī)車車輛有限公司．HXD3C型大功率交流傳動(dòng)電力機(jī)車培訓(xùn)教材[R]. 大連: 中國北車集團(tuán)大連機(jī)車車輛有限公司， 2010．

Reason Analysis and Countermeasure of HXD3C Electric Locomotive Submersible Pump Circuit Breaker Tripping Fault

DU Jianbo, ZHAO Yi

(Jinan Locomotive Depot, Jinan Railway Bureau, Jinan 250023 Shandong, China)

The submersible pump circuit breaker tripping faults have occurred many times as HXD3C electric locomotive of Jinan locomotive depot operating. In this paper, the reason analysis of field failure was carried on, and the fault solution was proposed, which achieved good results.

HXD3C type locomotive; submersible pump; air circuit breaker; reason analysis

1008-7842 (2016) 01-0072-03

??)男，助理工程師 (

2015-08-15)

U264.3+6

Adoi:10.3969/j.issn.1008-7842.2016.01.18