SS4機車QCC1型電磁接觸器92KM改造

崔光偉

(北京鐵路局　石家莊電力機務段, 河北石家莊 050200)

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SS4機車QCC1型電磁接觸器92KM改造

崔光偉

(北京鐵路局石家莊電力機務段, 河北石家莊 050200)

SS4機車QCC1型電磁接觸器92KM在實際運用過程中，頻繁發(fā)生觸頭粘連，從而造成機車牽制不轉(zhuǎn)換、無壓無流故障。通過改進92KM觸頭材質(zhì)、改變觸頭形狀、提高返回彈簧復原力、在控制電路中增加時間繼電器等措施的實施，解決了92KM觸頭粘連的故障，消除了SS4機車牽制不轉(zhuǎn)換、無壓無流的故障隱患。

QCC1型； 92KM； 改造

石家莊電力機務SS4改型電力機車經(jīng)過廠修后，線路接觸器由TCK7F-1000/1500型電空接觸器改為了QCC1型電磁接觸器。在實際運用過程中，勵磁接觸器92KM經(jīng)常發(fā)生動靜觸頭粘連故障，如圖1所示。

圖1　92KM觸頭粘連

92KM動靜觸頭粘連后，造成機車牽—制轉(zhuǎn)換開關(guān)無法正常轉(zhuǎn)換，預備無法完成，最終造成機車無壓無流。

1　QCC1型電磁接觸器92KM粘連的原因分析

1.1QCC1型電磁接觸器續(xù)流造成接觸器釋放緩慢

QCC1型電磁接觸器線圈失電時，線圈本身會產(chǎn)生很高的瞬間感應電動勢，并在線圈內(nèi)形成續(xù)流，線圈的續(xù)流產(chǎn)生電磁力，從而阻礙接觸器釋放，為此，接觸器設(shè)置了電壓抑制器，其作用是抑制線圈內(nèi)感應電動勢的瞬間電壓。

接觸器線圈續(xù)流時間與感應電動勢門限電壓的關(guān)系如圖2曲線所示。

從曲線中可知，感應電壓門限值設(shè)置的越低，續(xù)流的時間就越長，相應的其對接觸器釋放施加的阻力時間就越長，接觸器釋放就越緩慢。感應電壓門限值設(shè)置的越高，續(xù)流時間就越短，接觸器釋放就越快，但越高的感應電壓對線圈的危害就越大，容易造成線圈燒損。因此，綜合考慮，QCC1型電磁接觸器的電壓抑制器將線圈的感應電壓抑制在150 V左右，對應的續(xù)流時間控制在t1范圍內(nèi)。

圖2　續(xù)流時間與門限電壓曲線

1.2LCU插件影響92KM觸頭釋放速度

我們統(tǒng)計后發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)勵磁接觸器92KM觸頭粘連、燒蝕問題的SS4機車，采用的都是同一家公司的LCU。檢查LCU插件的輸出電路，發(fā)現(xiàn)在與負載接觸器(即92KM)線圈兩端反向并聯(lián)了一個續(xù)流二極管(M5),如圖3所示。

該續(xù)流二極管的作用同接觸器線圈上的電壓抑制器相同，起到抑制反向電動勢的作用。因為二極管的前向電壓(即感應電壓門限值)僅為0.7 V，這樣就可以有效抑制感應電動勢的反向電壓，防止燒損LCU插件上的電子元件。由圖2知，其續(xù)流時間t2卻遠遠大于接觸器自身續(xù)流時間t1，最終會造成勵磁接觸器92KM的線圈在很長時間內(nèi)存在剩余電磁力，阻礙接觸器釋放。

圖3　運達LCU插件

1.3機車勵磁電路中的續(xù)流造成92KM粘連

91 KM和92KM為SS4機車勵磁電路中的勵磁接觸器，其中，91 KM為交流接觸器，負責為整流柜提供交流電源；92KM接觸器為直流接觸器，負責接通和切斷各電機主極的直流勵磁電流。91 KM和92KM同時通斷，但由于91 KM切斷的是交流電路，而92KM切斷的是直流電路，因此相比較而言92KM的工況就很惡劣。

機車勵磁電路為感性電路，在勵磁接觸器92KM斷開時，勵磁電路中產(chǎn)生感應電流，且感應電流較大。該感應電流會在斷開的92KM動靜觸頭間產(chǎn)生拉弧。接觸器斷開速度越慢，拉弧越嚴重。而LCU插件長時間續(xù)流所造成的92KM釋放緩慢，更加重了動靜觸頭間的拉弧狀況，直至觸頭燒損、粘連。

2　改進措施

SS4機車QCC1型電磁接觸器92KM由于釋放動作緩慢、勵磁電路中的續(xù)流電流拉弧從而造成觸頭粘連，因此我們從四個方面進行改進，以徹底解決92KM觸頭粘連問題。

2.1改進觸頭材質(zhì)

QCC1型電磁接觸器動靜觸頭材質(zhì)分別為：基體材質(zhì)為黃銅，觸片材質(zhì)分為兩部分，觸片上半部分研磨面為銅鎢合金，觸片下半部分接觸面為銀氧化鎘。相比較而言，銀氧化鎘比銅鎢合金具有更高的抗熔焊及耐電弧燒蝕性能，尤其是在直流電流或電機負載中，在電弧作用下，氧化鎘劇烈分解、蒸發(fā)，使觸頭表面迅速冷卻，起到降低電弧能量和熄弧作用。所以材質(zhì)全部改為銀氧化鎘，以提高觸片的抗熔焊性，防止因觸頭斷開時產(chǎn)生的電弧燒損動觸頭而造成粘連。

2.2改變觸頭形狀

QCC1型電磁接觸器動靜觸頭原形狀如圖4所示，其研磨面為一整體，這樣的結(jié)構(gòu)，使得動靜觸頭在斷開時，電流產(chǎn)生的拉弧較寬，電弧不容易熄滅。為了能夠迅速熄滅電弧，我們將動靜觸頭改為圖5所示的形狀，觸頭兩端由垂直面改為斜面，并將觸頭的研磨面一分為二，這樣，觸頭在斷開時，產(chǎn)生的電弧寬度在大幅度減小的基礎(chǔ)上再一分為二，從而使電弧容易熄滅。

圖4　觸頭研磨面為整體

圖5　觸頭研磨面一分為二

2.3提高動觸頭返回彈簧系數(shù)

QCC1型電磁接觸器吸合線圈失電后，動觸頭在返回彈簧的作用下斷開。但由于勵磁接觸器92KM吸合線圈內(nèi)續(xù)流產(chǎn)生的電磁力，造成動觸頭斷開緩慢。因此將動觸頭返回彈簧的彈簧系數(shù)提高，增大彈簧的返回作用力。

動觸頭返回彈簧如圖6所示，彈簧總?cè)?shù)為10.5圈，有效圈數(shù)為8.5圈，在不改變彈簧直徑和自由高度的前提下，將彈簧有效圈數(shù)增加到10.5圈。這樣，返回彈簧的彈力較以前有很大提高，從而能夠有效克服線圈續(xù)流產(chǎn)生的剩余電磁力，提高動觸頭的釋放速度。動觸頭返回彈簧改造前后參數(shù)如表1所示。

2.4在92KM控制電路中增加一個時間繼電器

在勵磁接觸器92KM線圈的控制電路中增加一個時間繼電器，目的有兩個：一是讓91KM先斷開，92KM經(jīng)過時間繼電器延時1 s后再斷開，先由交流接觸器切斷勵磁電路電源，在隨后1 s的時間內(nèi)，各電機主極繞組的續(xù)流通過整流柜完成，當92KM斷開時，勵磁電路中的續(xù)流電流已經(jīng)下降到很小甚至為零，92KM的工況就有很大改善；二是增加了時間繼電器后，相當于先由LCU控制時間繼電器，再由時間繼電器控制92KM接觸器，使92KM擺脫了LCU中設(shè)置的續(xù)流電路(續(xù)流二極管M5)的影響。

圖6　動觸頭返回彈簧

表1　動觸頭返回彈簧改造前后各參數(shù)

增加時間繼電器后的QCC1型電磁接觸器92KM如圖7所示。

圖7　增加時間繼電器的92KM

增加時間繼電器前、后，92KM線圈的接線分別如圖8,圖9所示。

圖8　改造前92KM接線

圖9　改造后92KM接線

增加時間繼電器后，92KM控制電路布線為：將原接在92KM吸合線圈電源正的439線拆下，改接到時間繼電器電源正，用導線短接時間繼電器電源負和吸合線圈電源負；從2號高壓柜右下部98KE5布線到時間繼電器1KT的聯(lián)鎖觸頭1，線號為531；用導線連接時間繼電器1KT的聯(lián)鎖觸頭2和吸合線圈電源正。

3　改進后的效果

2012年5月我們將改進后的QCC1型電磁接觸器92KM安裝到SS4-514機車上進行試驗。通過一個中修期(3年)的運用后，2015年4月，SS4-514機車進入中修，解體電磁接觸器，檢查92KM觸頭，如圖10所示，僅觸頭研磨面有輕微電蝕，觸頭燒損的情況已大幅度減輕，并且整個中修期，從未發(fā)生過觸頭粘連的故障。

因此，通過改進勵磁接觸器92KM動靜觸頭材質(zhì)、改變觸頭形狀、提高動觸頭返回彈簧復原力、在吸合線圈控制電路中加入時間繼電器等一系列措施的實施，可以從根本上解決SS4機車QCC1型電磁接觸器92KM觸頭粘連的故障，消除機車牽引-制動不轉(zhuǎn)換、無壓無流的故障隱患，提高機車的檢修質(zhì)量，保證機車的安全運用。

圖10　SS4-514機車92KM觸頭

4　遺留問題及建議

SS4-514機車中修時，解體線路接觸器后發(fā)現(xiàn)，雖然92KM觸頭燒損情況大幅度降低，但91 KM觸頭燒損較嚴重，如圖11所示。

由于勵磁電路中91 KM先釋放，延時1 s后92KM再釋放，所以電路中的續(xù)流拉弧大部分都產(chǎn)生在91 KM觸頭上，造成91 KM觸頭燒損較嚴重。因此，為防止91 KM發(fā)生粘連故障，建議將91 KM觸頭也改為92KM觸頭的材質(zhì)和形狀，從而減低91 KM觸頭的燒損，防止發(fā)生觸頭粘連。

圖11　SS4-514機車91 KM觸頭

[1]張友松,朱龍駒. 韶山4型電力機車[M]. 北京: 中國鐵道出版社, 1998.

[2]Q259C接觸器吸合釋放時間測試報告[R]. 西安: 西安開天有限責任公司，2012.

[3]車載分布式邏輯控制單元[R]. 成都: 成都運達創(chuàng)新科技有限公司；2010.

Modification of QCC1Type Electromagnetic Contactor 92KM in SS4Locomotive

CUI Guangwei

(Shijiazhuang Electric Depot, Shijiazhuang 050200 Hebei, China)

In the process of actual application of 92KM, the QCC1type electromagnetic contactor in SS4locomotive, the contact adhesion is frequently occurred, which caused the locomotive traction and braking conversion failure and the fault of no pressure and flow. Through implementing the measures such as improvement of 92 KM contactor material, contactor shape change, raising the return spring resilience and adding time relay in the control circuit, the 92KM contactor adhesion is solved, and the correspondingly failures of SS4locomotive are eliminated.

QCC1 type; 92 KM; conversion

1008-7842 (2016) 01-0075-04

??)男，工程師(

2015-07-29)

U264.3+2

Adoi:10.3969/j.issn.1008-7842.2016.01.19