國產(chǎn)化HXD1型電力機(jī)車油流繼電器失效處置研究

張能孝

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

0 引言

中國鐵路太原局集團(tuán)有限公司太原機(jī)務(wù)段20臺(tái)國產(chǎn)化HXD1型電力機(jī)車在“太中銀”線運(yùn)行以來，因牽引變壓器油流繼電器失效，造成機(jī)車牽引封鎖問題時(shí)有發(fā)生，直接影響“太中銀”線路的運(yùn)輸生產(chǎn)，為了徹底解決此項(xiàng)故障，減少對(duì)運(yùn)輸?shù)挠绊懀ㄟ^對(duì)機(jī)車控制原理進(jìn)行分析，制定了應(yīng)急處置措施、改進(jìn)方案，同時(shí)提出了優(yōu)化策略。

1 故障案例

2019年5月13日，太原機(jī)務(wù)段HXD1型1427號(hào)機(jī)車運(yùn)行在“太中銀”線靖邊站時(shí)，B節(jié)車多次發(fā)生“油流故障”，機(jī)車B節(jié)牽引力切除，處置無效后請(qǐng)求加補(bǔ)。機(jī)車回段后試驗(yàn)B節(jié)車報(bào)出“油流故障、牽引無流”。檢查B節(jié)車的油流繼電器時(shí)，指針正常擺動(dòng)、油流正常，測量引出接線柱反饋信號(hào)，發(fā)現(xiàn)油流繼電器在油泵正常工作、油循環(huán)油流正常，油流繼電器微動(dòng)開關(guān)觸點(diǎn)時(shí)好時(shí)壞。

2 工作原理

HXD1型電力機(jī)車主變壓器采取臥式結(jié)構(gòu)車下安裝的方案，變壓器箱體內(nèi)部件由主變器繞組、濾波電抗器組成[1]。變壓器采取油冷卻的方式，變壓器油將變壓器器身、電抗器浸泡，作為變壓器的冷卻、絕緣介質(zhì)。變壓器油泵工作時(shí)，變壓器油經(jīng)變壓器油管將熱的變壓器油循環(huán)至冷卻塔散熱器冷卻。變壓器油循環(huán)是否正常，直接關(guān)系到變壓器的運(yùn)行安全。油流繼電器安裝在油泵和冷卻塔之間的油管中，用來監(jiān)測變壓器油循環(huán)狀態(tài)，若變壓器油循環(huán)異?；蛴土骼^電器失效，會(huì)引起機(jī)車牽引封鎖后主斷路器跳開。HXD1型電力機(jī)車油流繼電器原理圖如圖1所示。

圖1 變壓器工作原理示意圖

3 故障原因分析

油流繼電器葉片動(dòng)作如圖2所示。當(dāng)油泵工作時(shí)在油管中形成油流，油流促使油流繼電器葉片動(dòng)作。當(dāng)油流壓力達(dá)到某一值時(shí)，油流繼電器葉片壓迫微動(dòng)開關(guān)閉合；當(dāng)油流量下降到某一值時(shí)，葉片帶動(dòng)微動(dòng)開關(guān)斷開。油流繼電器微動(dòng)開關(guān)動(dòng)作，電信號(hào)會(huì)傳送給CCU，CCU根據(jù)當(dāng)時(shí)工況，判斷并在DDU顯示屏顯示油流故障。當(dāng)油流繼電器微動(dòng)開關(guān)故障、油循環(huán)不正常、變壓器油變稠循環(huán)不良時(shí)，油流繼電器會(huì)出現(xiàn)失效問題，引發(fā)牽引封鎖。

圖2 油流繼電器工況示意圖

3.1 油流繼電器微動(dòng)開關(guān)失效

因油流繼電器選型不合理和配件材質(zhì)等方面的因素，運(yùn)行中油流繼電器微動(dòng)開關(guān)卡滯、接觸不良或者油流繼電器葉片動(dòng)作不靈活、葉片不能使微動(dòng)開關(guān)可靠動(dòng)作，均能使油流繼電器失效。

3.2 油循環(huán)不正常

當(dāng)油泵接觸器釋放、油泵電機(jī)故障、變壓器油管路蝶閥開通不到位時(shí)，會(huì)出現(xiàn)變壓器油循環(huán)故障，導(dǎo)致變壓器油流繼電器不能正常工作。

3.3 低溫天氣油循環(huán)不良

受溫度影響，溫度越低，變壓器油流動(dòng)性越差，油管內(nèi)油流量、壓力越低。在油泵轉(zhuǎn)速不變的情況下，溫度越低越容易出現(xiàn)油流壓力不足問題，導(dǎo)致油流繼電器不能正常動(dòng)作。

4 應(yīng)急處置及改進(jìn)方案

4.1 對(duì)油流繼電器微動(dòng)開關(guān)進(jìn)行檢測

一是結(jié)合修程拆開油流繼電器接線，使用微電阻測量儀測量油流繼電器微動(dòng)開關(guān)接觸電阻，當(dāng)電阻大于500 mΩ時(shí)，對(duì)油流繼電器進(jìn)行更換處置；二是在日常整備運(yùn)行中，機(jī)車DDU顯示屏報(bào)油流繼電器故障時(shí)，有針對(duì)性地檢查油泵、油管路蝶閥正常后，更換油流繼電器。

4.2 增加油流繼電器故障隔離開關(guān)

基本思路是在油流繼電器微動(dòng)開關(guān)兩端并聯(lián)一組故障隔離開關(guān)，當(dāng)機(jī)車報(bào)油流繼電器故障時(shí)，在保證油泵正常工作且循環(huán)正常的情況下，閉合故障隔離開關(guān)，維持運(yùn)行，可大幅減少故障影響。實(shí)施方案是在低壓柜安裝油流繼電器故障隔離開關(guān)，開關(guān)兩側(cè)分別接92-X143.27(線號(hào)410531.07)、92-X143.57(線號(hào)240521.99)。當(dāng)運(yùn)行中報(bào)油流繼電器故障時(shí)，停車確認(rèn)油泵、油循環(huán)工作正常后，將油流繼電器故障隔離開關(guān)閉合，維持運(yùn)行。此方案簡單、實(shí)施容易、成本低，實(shí)施前需要對(duì)乘務(wù)員進(jìn)行應(yīng)急處置培訓(xùn)，防止油循環(huán)異常時(shí)閉合油流繼電器故障開關(guān)。

4.3 改進(jìn)油流繼電器

保留原機(jī)車油流繼電器方案不變，選用可靠性更高的油流繼電器，使其工作可靠、低溫特性更好。此方案周期長、費(fèi)用高。

4.4 加裝電流繼電器

采用電流繼電器替代油流繼電器，通過監(jiān)測油泵電機(jī)電流狀態(tài)間接監(jiān)測變壓器油循環(huán)狀態(tài)。方案是對(duì)油泵電機(jī)三相電源增加電流繼電器，電流繼電器反饋信號(hào)與原油流繼電器并聯(lián)。通過檢測油泵電機(jī)電流狀態(tài)，間接反映監(jiān)測變壓器油循環(huán)狀態(tài)。但此方案電流繼電器參數(shù)設(shè)定至關(guān)重要，并且測量結(jié)果是間接監(jiān)測油流狀態(tài)，無法真實(shí)反映油循環(huán)狀態(tài)，還需要加裝電流繼電器，工作量大，費(fèi)用高。

4.5 優(yōu)化機(jī)車軟件控制

優(yōu)化油流繼電器故障控制策略，當(dāng)油流繼電器故障時(shí)，確認(rèn)油泵、油循環(huán)正常后，通過司機(jī)室DDU控制界面人為轉(zhuǎn)入油流繼電器故障模式運(yùn)行。

5 結(jié)束語

油流繼電器不參與機(jī)車控制溫度設(shè)定值理論上是可行的，但因目前試驗(yàn)范圍不夠廣泛，試驗(yàn)環(huán)境和試驗(yàn)機(jī)車工況存在諸多差異，從溫度參數(shù)的設(shè)定到控制邏輯還需要不斷試驗(yàn)、完善。

目前，太原局湖東電力機(jī)務(wù)段HXD1型電力機(jī)車采取電油流繼電器的方案成功解決了HXD1型機(jī)車油流繼電器失效問題。但國產(chǎn)化HXD1型電力機(jī)車構(gòu)造、設(shè)計(jì)與原進(jìn)口HXD1型電力機(jī)車機(jī)車存在差異，改造方案若沒有廠家人員的技術(shù)支持，無法通過軟件優(yōu)化、增加電油流繼電器的方式。就目前機(jī)務(wù)段技術(shù)能力要短時(shí)間解決、減少油流繼電器失效影響靠自身能力只能采取增加故障隔離開關(guān)的方案，2019年底對(duì)1臺(tái)機(jī)車進(jìn)行了試改，經(jīng)過3個(gè)月運(yùn)用效果良好。

因此，針對(duì)油流繼電器控制方案的改進(jìn)，需要根據(jù)機(jī)車運(yùn)行環(huán)境、工況等試驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合從經(jīng)濟(jì)性、適用性、可維修性等方面選擇合理的改進(jìn)方案。從油流繼電器故障原理可以看出，機(jī)車運(yùn)用環(huán)境對(duì)機(jī)車設(shè)計(jì)選用零部件和控制策略非常重要，機(jī)車設(shè)計(jì)、改進(jìn)時(shí)要考慮機(jī)車的運(yùn)行環(huán)境、控制方式，還要針對(duì)改進(jìn)，同步對(duì)故障應(yīng)急處置方案進(jìn)行優(yōu)化，從而減少機(jī)車故障影響。