FXD3-J型動(dòng)力車雙主斷路器氣路冗余故障分析及優(yōu)化措施研究

劉蓉

（中國(guó)鐵路成都局集團(tuán)有限公司成都機(jī)務(wù)段，四川 成都 610000）

FXD3-J型動(dòng)力車是CR200J型動(dòng)力集中動(dòng)車組中負(fù)責(zé)輸出牽引力的部分，該型動(dòng)力車是在HXD3G型電力機(jī)車技術(shù)平臺(tái)上研制的新一代產(chǎn)品，其設(shè)計(jì)思路借鑒了HXD3系列客運(yùn)電力機(jī)車的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，整體按照模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、信息化、智能化以及可擴(kuò)展升級(jí)的方向進(jìn)行設(shè)計(jì)與制造。該型車在網(wǎng)側(cè)主回路上采用了雙受電弓和雙主斷路器冗余設(shè)計(jì)，雙套設(shè)備提高了動(dòng)力車在線上運(yùn)行的可靠性。但該動(dòng)力車的雙主斷路器冗余功能在氣路方面存在不足。

1 故障案例介紹

2020年2月28日，DJ7859次動(dòng)車組在廣安南站始發(fā)時(shí)因動(dòng)力車（FXD3J-0042）受電弓不能升起被迫請(qǐng)求救援，造成鐵路一般D21事故。動(dòng)車組回庫(kù)后檢查，發(fā)現(xiàn)在使用輔助壓縮機(jī)給升弓風(fēng)缸泵風(fēng)時(shí)，風(fēng)缸風(fēng)壓最高只能到400kPa左右，無(wú)法達(dá)到受電弓最低升弓風(fēng)壓480kPa，最終造成受電弓因升弓風(fēng)缸壓力不足而無(wú)法升起。

經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的排查，發(fā)現(xiàn)動(dòng)力車的一臺(tái)主斷路器存在漏風(fēng)故障，導(dǎo)致升弓風(fēng)缸的風(fēng)通過(guò)故障主斷路器漏泄掉，造成風(fēng)缸風(fēng)壓一直升不上去。關(guān)閉主斷路器隔離塞門切斷主斷路器支路后，啟動(dòng)輔助壓縮機(jī)給升弓風(fēng)缸泵風(fēng)，風(fēng)缸風(fēng)壓快速上升，最終達(dá)到輔助壓縮機(jī)自動(dòng)停止的壓力值735kPa，輔助壓縮機(jī)停止后，給升弓命令受電弓能正常升起，但因主斷路器隔離塞門處于關(guān)閉狀態(tài)，動(dòng)力車兩臺(tái)主斷路器的供風(fēng)氣路同時(shí)被切斷，主斷無(wú)法閉合，動(dòng)力車還是不能正常運(yùn)行。

本案例暴露出FXD3-J型動(dòng)力車兩臺(tái)真空主斷路器中任意一臺(tái)一旦發(fā)生漏風(fēng)故障，則會(huì)直接導(dǎo)致動(dòng)力車停止工作，將嚴(yán)重影響旅客出行體驗(yàn)。

2 22CBDP2型真空主斷路器介紹及工作原理

2.1 22CBDP2型真空主斷路器介紹

主斷路器是動(dòng)力車網(wǎng)側(cè)高壓電路中的重要部件，是網(wǎng)側(cè)高壓電路與接觸網(wǎng)高壓電之間的總開關(guān)，在動(dòng)力車受電弓升起后，負(fù)責(zé)連通和關(guān)斷接觸網(wǎng)高壓電，也是動(dòng)力車上最重要的保護(hù)設(shè)備。當(dāng)動(dòng)力車發(fā)生嚴(yán)重電氣故障時(shí)，主斷路器能快速切斷動(dòng)力車與接觸網(wǎng)的供電連接，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。FXD3-J型動(dòng)力車在機(jī)械間網(wǎng)側(cè)柜內(nèi)裝有兩臺(tái)22CBDP2型真空主斷路器，如圖1所示。該型主斷路器以真空作為絕緣和滅弧介質(zhì)，利用真空狀態(tài)下的高絕緣強(qiáng)度和電弧擴(kuò)散能力形成的去游離作用進(jìn)行滅弧，主要由調(diào)壓閥、儲(chǔ)氣缸、電磁閥、壓力開關(guān)、轉(zhuǎn)換閥、驅(qū)動(dòng)風(fēng)缸、恢復(fù)彈簧、絕緣驅(qū)動(dòng)桿、真空包、動(dòng)靜觸頭等部件組成。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為：?jiǎn)螖嗫谥绷⑹?，直?dòng)式氣缸傳動(dòng)，電空控制，適用于干線交流25kV各類型電力機(jī)車。其額定電壓為30kV，額定電流為1000A，工作氣壓為450～1000kPa，控制電壓為110V。

圖1 22CBDP2型真空主斷路器

2.2 22CBDP2型主斷路器工作原理

22CBDP2型主斷路器工作原理見圖2。升弓風(fēng)缸的壓縮空氣先經(jīng)過(guò)主斷路器的調(diào)壓閥后進(jìn)入儲(chǔ)氣缸內(nèi)。閉合主斷路器時(shí)，電磁閥線圈得電產(chǎn)生電磁力，打開電磁閥內(nèi)部氣路，儲(chǔ)氣缸中的壓縮空氣一路經(jīng)電磁閥進(jìn)入轉(zhuǎn)換閥控制腔，打開轉(zhuǎn)換閥，導(dǎo)通儲(chǔ)氣缸與驅(qū)動(dòng)風(fēng)缸間的氣路，另一路通過(guò)轉(zhuǎn)換閥送入主斷路器驅(qū)動(dòng)風(fēng)缸，推動(dòng)活塞壓縮恢復(fù)彈簧直到主觸頭連接并壓緊，動(dòng)力車高壓電路接通。斷開主斷路器時(shí)，電磁閥線圈失電，電磁閥和轉(zhuǎn)換閥均在彈簧自身恢復(fù)力作用下復(fù)位，將驅(qū)動(dòng)風(fēng)缸與大氣連通，風(fēng)缸內(nèi)的壓縮空氣通過(guò)轉(zhuǎn)換閥和電磁閥排向大氣，恢復(fù)彈簧恢復(fù)力使活塞回到底部位置，主觸頭斷開，斷路器分?jǐn)唷?/p>

圖2 22CBDP1型真空主斷路器工作原理

根據(jù)主斷路器的工作原理可知，如果調(diào)壓閥、儲(chǔ)氣缸和電磁閥任一部件發(fā)生故障時(shí)均有可能造成主斷路器漏風(fēng)故障。

3 FXD3-J型動(dòng)力車主斷路器氣路分析

FXD3-J型動(dòng)力車主斷路器氣路原理圖如圖3所示，升弓風(fēng)缸內(nèi)存儲(chǔ)的壓縮空氣經(jīng)過(guò)升弓風(fēng)缸隔離塞門.13后分為兩路，其中一路壓縮空氣經(jīng)過(guò)主斷截?cái)嗳T.14后直接到兩臺(tái)主斷路器，另一路壓縮空氣經(jīng)受電弓隔離塞門U99后到兩臺(tái)受電弓。從圖3可知，兩臺(tái)主斷路器是并聯(lián)在一起的，兩者之間未設(shè)獨(dú)立的隔離塞門，如果一臺(tái)主斷路器發(fā)生漏風(fēng)故障，則不能單獨(dú)切除，當(dāng)動(dòng)力車的其任一主斷路器發(fā)生漏風(fēng)故障時(shí)就無(wú)法實(shí)現(xiàn)雙主斷路器冗余功能，因此雙主斷路器的供風(fēng)氣路設(shè)計(jì)存在不足。

圖3 FXD3-J型動(dòng)力車主斷路器氣路原理圖

4 改進(jìn)措施

通過(guò)前文分析可知，F(xiàn)XD3-J型動(dòng)力車雙套主斷路器冗余功能存在不足的原因是在氣路上不能實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)主斷路器單獨(dú)隔離的功能。據(jù)此，可在兩臺(tái)主斷路器氣路的前端分別增加一個(gè)隔離塞門即可，改進(jìn)后的氣路圖如圖4所示。

圖4 改進(jìn)后FXD3-J型動(dòng)力車主斷路器氣路原理圖

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)FXD3-J型動(dòng)力車主空斷路器氣路原理圖進(jìn)行分析，指出了雙主斷路器氣路存在冗余故障。結(jié)合故障案例從FXD3-J型動(dòng)力車雙主空斷路器冗余功能出發(fā)，對(duì)雙主斷路器氣路提出優(yōu)化措施。通過(guò)優(yōu)化，成功解決了雙主斷路器氣路冗余故障，使兩臺(tái)主斷路器在電路和氣路上都能單獨(dú)隔離，真正實(shí)現(xiàn)了雙主斷路器的冗余功能，進(jìn)一步提高了動(dòng)車組運(yùn)用質(zhì)量的穩(wěn)定性。