HXD2型電力機(jī)車10公里切流問題研究

王虎威

（中國鐵路太原局集團(tuán)有限公司機(jī)務(wù)部，太原030013）

1 引言

機(jī)車上線運(yùn)行以來，因列車管壓力緩解不充分導(dǎo)致速度10公里以上切除牽引電流問題時(shí)有發(fā)生，經(jīng)過研究機(jī)車控制管理方式及歷史數(shù)據(jù)積累，分析故障原因，提出合適的處置方案，減少或避免故障發(fā)生，減少對(duì)運(yùn)輸生產(chǎn)的影響。

2 HXD2型電力控制系統(tǒng)機(jī)車簡介

2.1 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)

HXD2型電力機(jī)車控制系統(tǒng)采取微機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（以一節(jié)機(jī)車為一個(gè)單元），由MPU1和MPU2（主處理單元）2組、RIOM1和RIOM2（遠(yuǎn)程輸入輸出模塊）2組、TCU1～TCU4（牽引控制單元）4組、ACU1和ACU2（輔助控制單元）2組、DDU1和DDU2（司機(jī)顯示單元）2組、BCU（制動(dòng)控制單元）1組組成?？煞譃檐囕v級(jí)通信和列車級(jí)通信兩級(jí)，對(duì)應(yīng)FIP車輛級(jí)通信（FIPV網(wǎng)）、FIP列車級(jí)通信（FIPT網(wǎng)）。其中FIP車輛級(jí)通信（FIPV網(wǎng)）用于機(jī)車單節(jié)內(nèi)部設(shè)備之間的信息交換；FIP列車級(jí)通信（FIPT網(wǎng)）用于機(jī)車兩節(jié)間或兩臺(tái)重聯(lián)連掛的機(jī)車之間的信息交換。具體的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見圖1所示。

圖1 HXD2型電力機(jī)車微機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

2.2 機(jī)車速度信號(hào)采集與控制

HXD2型電力機(jī)車控制系統(tǒng)通過安裝在電機(jī)大齒輪端的六通道（V1～V6）速度傳感器采集速度信號(hào)，其中V1、V5兩個(gè)通道送給本軸TCU（牽引控制單元）,V2～V4分別送給本節(jié)車的另外3個(gè)TCU（牽引控制單元）。TCU通過速度信號(hào)對(duì)比，并將速度信號(hào)通過FIP網(wǎng)絡(luò)傳遞給MPU（主處理單元）進(jìn)行對(duì)比分析，根據(jù)實(shí)際工況控制機(jī)車牽引電機(jī)。

2.3 制動(dòng)系統(tǒng)與列車管壓力信號(hào)

HXD2型電力機(jī)車采用法維萊制動(dòng)系統(tǒng)，兩節(jié)機(jī)車制動(dòng)系統(tǒng)分別由自動(dòng)制動(dòng)控制器、司機(jī)自動(dòng)制動(dòng)閥、BCU（制動(dòng)電子控制單元）組成。在正常的操縱時(shí)，控制指令→BCU（制動(dòng)電子控制單元）→司機(jī)自動(dòng)制動(dòng)閥，從而達(dá)到控制均衡風(fēng)缸壓力的目的。同時(shí)，司機(jī)自動(dòng)制動(dòng)閥內(nèi)部的列車管壓力傳感器實(shí)時(shí)反饋列車管壓力，從而幫助進(jìn)行列車管壓力控制。

2.4 故障統(tǒng)計(jì)與危害

2007年至今，太原局HXD2型機(jī)車共發(fā)生牽引制動(dòng)控制模式導(dǎo)致速度達(dá)到10公里以上切流故障87件，導(dǎo)致設(shè)備故障26件。該故障主要表現(xiàn)為司機(jī)緩解開車后，由于司機(jī)制動(dòng)閥傳感器飄移、過充等因素導(dǎo)致機(jī)車速達(dá)到10公里時(shí)，切除牽引電流，導(dǎo)致機(jī)車損失一節(jié)車或整車牽引力，列車無法正常運(yùn)行。

3 10公里切流故障的原理及發(fā)生的原因分析

3.1 10公里切流故障的原理

HXD2型機(jī)車是采用阿爾斯通公司技術(shù)，受技術(shù)封鎖、資料等因素的影響，長期以來對(duì)故障產(chǎn)生的機(jī)理及控制方式一直沒有掌握。錯(cuò)誤認(rèn)為機(jī)車列車管壓力低于585kPa，速度達(dá)到10公里切除牽引電流。2018年接連發(fā)生三起切除牽引電流導(dǎo)致的設(shè)備故障，經(jīng)過組織中車大同電力機(jī)車有限公司、阿爾斯通公司、湖東電力機(jī)務(wù)段技術(shù)人員查找資料，對(duì)比分析數(shù)據(jù)，通過研究HXD2型電力機(jī)車eTrain軟件故障解釋及控制文件，分析HXD2型電力機(jī)車牽引控制與列車管壓力關(guān)系發(fā)現(xiàn)：當(dāng)機(jī)車在緩解狀態(tài)與制動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，BCU通過FIP網(wǎng)絡(luò)向主處理單元發(fā)送司機(jī)制動(dòng)閥中列車管壓力傳感器緩解前壓力值，MPU記錄減壓前（緩解狀態(tài)）最高列車管壓力（A值）。隨著列車管壓力下降，當(dāng)減壓量大于25kPa時(shí),MPU記錄機(jī)車工作模式轉(zhuǎn)換為制動(dòng)模式。而機(jī)車退出制動(dòng)模式的條件為列車管壓力（B值）緩解到與A值相差15kPa以內(nèi)。如果機(jī)車減壓后列車管壓力一直沒有緩解到退出制動(dòng)模式，當(dāng)速度達(dá)到10公里時(shí)，機(jī)車控制牽引制動(dòng)模式激活，即認(rèn)為持續(xù)制動(dòng)工況有牽引指令，出于安全考慮切除牽引電流。

3.2 10公里切流故障的原因分析

經(jīng)過分析，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致10公里切流故障的原因主要有列車管壓力傳感器漂移、機(jī)車重聯(lián)列車管管壓被過充。

3.2.1 列車管壓力漂移問題

司機(jī)制動(dòng)閥內(nèi)部傳感器采集列車管壓力信號(hào)實(shí)時(shí)傳送給制動(dòng)機(jī)系統(tǒng)BCU，當(dāng)列車管壓力傳感器故障或因溫度因素漂移時(shí)，可能造成列車管緩解不到定壓，甚至距緩解前壓力差超過15kPa，導(dǎo)致機(jī)車處于制動(dòng)模式無法推出，此時(shí)機(jī)車已經(jīng)緩解，但是制動(dòng)機(jī)系統(tǒng)仍認(rèn)為處于制動(dòng)模式，司機(jī)開車后速度達(dá)到10公里，激活牽引制動(dòng)控制模式，切除牽引電流。

案例1：2018年7月7日，HXD2型37號(hào)機(jī)車+HXD1型44號(hào)機(jī)車擔(dān)當(dāng)74304次列車牽引任務(wù)，東港站開車出站后機(jī)車牽引無流故障停車，退回站內(nèi)，造成區(qū)間設(shè)備故障。分析機(jī)車數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：故障時(shí),TCU1-TCU4均記錄“E0-27-81 ME_ASSTF:Asservissement de la tr au fs”，含義為牽引制動(dòng)控制激活，即切流故障。查看數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)變量，查看a_dpcg變量（列車管壓力差）最小為18.8kPa，a_pcg(列車管實(shí)時(shí)壓力)為578.3kPa。分析為司機(jī)制動(dòng)閥內(nèi)部列車管傳感器漂移導(dǎo)致無法推出制動(dòng)模式，更換司機(jī)制動(dòng)閥后機(jī)車跟蹤運(yùn)行良好。

故障數(shù)據(jù)截圖

3.2.2 因重聯(lián)、加掛運(yùn)行，列車管管壓被過充

由于機(jī)車跨局輪乘，涉及與呼和浩特鐵路局、北京鐵路局SS4機(jī)車等列車管定壓較高機(jī)車混合使用，運(yùn)用過程中與其他機(jī)型加掛，導(dǎo)致HXD2型機(jī)車列車管被過充，當(dāng)本務(wù)機(jī)車摘除后，機(jī)車緩解壓力無法達(dá)到過充時(shí)壓力相差15kPa以內(nèi)，即無法退出制動(dòng)模式，再次開車時(shí)速度達(dá)到10公里激活牽引制動(dòng)控制模式，導(dǎo)致切除牽引電流故障。

案例2：2018年9月7日，呼和浩特鐵路局乘務(wù)員使用HXD2型3號(hào)機(jī)車擔(dān)當(dāng)71332次牽引任務(wù)，運(yùn)行到包頭南至包頭間因牽引無流請(qǐng)求救援。分析LKJ（運(yùn)行監(jiān)控裝置數(shù)據(jù)）發(fā)現(xiàn)71332次機(jī)車在新街—包頭南站間運(yùn)行時(shí)由SS4機(jī)車擔(dān)當(dāng)本務(wù)，到達(dá)包頭南站減壓停車，當(dāng)時(shí)列車管壓力為610kPa。SS4機(jī)車摘機(jī)后HXD2機(jī)車擔(dān)任本務(wù)機(jī)車，緩解到580kPa后，司機(jī)減壓進(jìn)行制動(dòng)機(jī)試驗(yàn)后再次緩解到590kPa開車。分析機(jī)車數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)故障時(shí)TCU1-TCU4分別記錄“E0-27-81 ME_ASSTF:Asservissement de la tr au fs”列車進(jìn)入控制牽引制動(dòng)模式，機(jī)車速度上10公里切流。查看a_dpcg變量（列車管壓力差）為18.5kPa，a_pcg(列車管實(shí)時(shí)壓力)為591.5kPa。從LKJ數(shù)據(jù)、機(jī)車數(shù)據(jù)綜合分析認(rèn)為SS4機(jī)車給列車管充風(fēng)到610kPa，減壓停車，機(jī)車進(jìn)入制動(dòng)模式，HXD2機(jī)車擔(dān)當(dāng)本務(wù)后按照緩解后壓力差15kPa要求，需要緩解到595才能退出制動(dòng)模式，所以機(jī)車始終處于制動(dòng)模式，開車后速度達(dá)到10公里觸發(fā)了牽引制動(dòng)控制模式。

機(jī)車數(shù)據(jù)截圖

4 10公里切流故障防控措施

4.1 檢修整備車間日常作業(yè)中采取的措施

第一，結(jié)合春季整修、秋季整修對(duì)HXD2型機(jī)車列車管壓力傳感器進(jìn)行周期性校準(zhǔn)。同時(shí)，在季節(jié)性溫差變化較大時(shí)，組織進(jìn)行列車管壓力標(biāo)定整治，減少列車管壓力傳感器漂移帶來的影響。

第二，機(jī)車入段整備時(shí)，嚴(yán)格進(jìn)行制動(dòng)機(jī)試驗(yàn)，重點(diǎn)檢查機(jī)車緩解壓力，發(fā)現(xiàn)列車管壓力不穩(wěn)定或存在漂移問題及時(shí)處理。

4.2 故障應(yīng)急處理方法

第一，與跨局輪乘的有關(guān)機(jī)務(wù)段進(jìn)行溝通協(xié)調(diào)，加掛的本務(wù)機(jī)車摘除后，需要斷電對(duì)機(jī)車系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位，消除管壓過高記錄，退出制動(dòng)模式。同時(shí)，改變機(jī)車運(yùn)用編組方式或調(diào)整加掛機(jī)車定壓，避免HXD2型機(jī)車被加掛機(jī)車過充導(dǎo)致切流故障。

第二，若HXD2機(jī)車與其他機(jī)車加掛運(yùn)行時(shí)，乘務(wù)人員注意檢查機(jī)車列車管標(biāo)定壓力不超過605kPa，如果確因其他機(jī)車管壓過高存在過充風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，摘除其他機(jī)車后需斷合蓄電池，使控制系統(tǒng)復(fù)位，消除系統(tǒng)記憶的緩解前壓力最大值，使機(jī)車退出制動(dòng)模式。

第三，運(yùn)行中若已經(jīng)出現(xiàn)速度10km/h以上，牽引無流時(shí)，可減壓停車斷合蓄電池進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)位并轉(zhuǎn)換備用制動(dòng)使用另一節(jié)制動(dòng)機(jī)運(yùn)行。

5 結(jié)語

通過牽引制動(dòng)控制模式控制原理及進(jìn)入退出牽引制動(dòng)模式的研究，明確了運(yùn)用檢修、整備、運(yùn)用環(huán)節(jié)的預(yù)防卡控措施，有效遏制了列車管壓力傳感器漂移引起的牽引制動(dòng)控制模式速度超過10公里切除牽引電流故障的發(fā)生，有效控制了HXD2機(jī)車因加掛運(yùn)行被過充導(dǎo)致的切除牽引電流故障。但是隨著機(jī)車運(yùn)用時(shí)間增長，配件穩(wěn)定性下降及溫度變化等因素增加了該故障發(fā)生的可能。為了保證HXD2型機(jī)車正常運(yùn)行，減少對(duì)運(yùn)輸生產(chǎn)的影響，應(yīng)結(jié)合相關(guān)制度合理安排檢修，明確運(yùn)用中乘務(wù)員注意事項(xiàng)及應(yīng)急處置辦法，降低該故障發(fā)生概率、控制故障延時(shí)。