鐵路客車接觸器常見故障原因淺析

孟進波

(中國鐵路太原局集團有限公司 太原車輛段，山西 太原 030012)

接觸器是在鐵路客車中起切換電路、保護等作用的主要電氣元件，廣泛應用于各輸配電裝置中，其性能優(yōu)劣直接關系到車輛電氣系統(tǒng)的安全運行。隨著鐵路的高速發(fā)展，對電器的質量及可靠性要求越來越高，而接觸器發(fā)生故障時，由其控制的電器將無法運行，直接影響旅客出行舒適度。因此，規(guī)范鐵路客車接觸器的運用檢修管理、提高檢修質量至關重要。

1 接觸器基本工作原理

接觸器是僅有一個休止位置，能接通、承載和分斷正常電路條件(包括過載運行條件)下的電流的一種非手動操作的機械開關電器。鐵路客車使用的接觸器為電磁式接觸器，由電磁鐵產(chǎn)生的力接通或斷開主觸頭。按主觸點連接回路的形式分為直流接觸器和交流接觸器，分別采用磁吹式滅弧和柵片式滅弧，基本由電磁系統(tǒng)、觸點系統(tǒng)、滅弧系統(tǒng)組成[1]。當鐵芯線圈通入電流時，線圈建立磁場，靜鐵芯在磁力的作用下，克服彈簧力，將動鐵芯吸合，動觸點隨動鐵芯的吸合與靜觸點閉合。當線圈斷電或外加線圈電壓降低太多時，在反作用彈簧的作用下，動鐵芯釋放，動、靜觸點斷開。

2 檢修中常見故障及原因分析

2.1 直流接觸器接線錯誤故障

(1) 主觸點錯接線故障。運用中發(fā)現(xiàn)綜合控制柜內的客室電熱接觸器(型號為CZT-30)燒損，原因為接線方向錯誤影響直流接觸器的滅弧能力。直流接觸器接線端子位置標有“+”、“-”標識，分別表示直流電流的流入、流出方向。接觸器進線方式有上進下出，下進上出、左進右出等情況，若作業(yè)人員更換接觸器接線前未驗電，導致電流流入、流出方向相反，會造成滅弧性能達不到設計要求。 因為直流接觸器采用磁吹式滅弧方式，“電、磁、力”三者關系密切，根據(jù)左手定則(圖1)，磁場中的帶電粒子會受到來自磁場的作用力，這個力被稱為洛倫茲力。若接線方向錯誤，電流的方向與接觸器規(guī)定的電流方向相反，在接觸器分斷的時候，磁場對電流的作用力方向也相反，磁場力不能將電弧吹進滅弧室，而是吹到了滅弧室反方向的塑料殼體上，導致滅弧能力嚴重下降，造成接觸器故障[2]。

圖1 左手定則

(2) 接觸器線圈接線顛倒。綜合控制柜內的電池欠壓保護直流接觸器(型號為S137C1-110 V)的工作線圈正負接線顛倒，造成線圈兩端并聯(lián)的續(xù)流二極管正向導通，使串接的電阻在長時間通電狀態(tài)下過熱燒損。而接觸器線圈作為一個電感，斷電時產(chǎn)生的反向電動勢能量得不到及時的消除，儲存在線圈內易造成線圈的老化燒損，還易造成電路中的其他低壓電器元件被擊穿。線圈接線錯誤短時間內不易被發(fā)現(xiàn)，原因是根據(jù)接觸器的工作原理，即使線圈正負接線顛倒，但是線圈仍有電流通過，只是磁通方向發(fā)生了改變，N極與S極發(fā)生互換[3-4]。但不管是N極還是S極，依舊對鐵質金屬有吸力，同樣可以吸合銜鐵完成接觸器動作的目的。

2.2 接觸器非正常電磁噪聲

接觸器產(chǎn)生噪聲的原因一般是由于鐵芯接觸不良(粉塵、油污或生銹)、觸頭彈簧壓力過大或是鐵芯的短路環(huán)有問題。

鐵芯的短路環(huán)通常是由康銅或鎳鉻合金制成，通常用在交流接觸器上，其作用是消除銜鐵產(chǎn)生的振動和噪聲。對于單相交流電磁機構，磁通是交變的，磁通過0時吸力也變?yōu)?，吸合后的銜鐵在反作用彈簧的作用下被拉開，磁通過0后吸力增大，當吸力大于反力時銜鐵又吸合。這樣隨著交流電周期的變化，銜鐵會產(chǎn)生強烈的振動和噪聲。

周期與頻率的換算公式為：

f=1/T

(1)

式中：f——頻率，Hz；

T——周期。

我國工頻交流電頻率為50 Hz，即電流在每s內交變50次，根據(jù)上式求出周期T=1/50=0.02(s)=20(ms)。圖2為正弦交流電的周期。

lm.交流電最大值。圖2 正弦交流電的周期

由圖2可知，在1個周期內，有2個過0點。因此，每次過0點的振動時間t=T/2=20/2=10(ms)。可見，交流接觸器銜鐵每10 ms就會振動一次，可得出每s振動100次(1 s=1 000 ms)。如果短路環(huán)損壞，在如此高頻率的振動下對線圈和觸頭的壽命影響非常大。

2.3 錯裝電壓制式不符合的接觸器

(1) 照明控制柜內的半夜燈接觸器不能可靠吸合。檢查原因為該處接觸器的線圈工作電壓為AC 220 V，而裝用的接觸器線圈額定工作電壓為AC 380 V，交流線圈接觸器吸合電壓值的范圍為0.85Ue～1.1Ue(Ue為額定工作電壓)。因此，吸合范圍內的最低電壓值為：0.85×380=323(V)。該處施加的電壓AC 220 V

(2) DC 600 V/AC 380 V逆變電源的交流輸出主接觸器燒損。分析原因為該處應裝用直流接觸器，工作電壓為DC 110 V，而實際裝用的接觸器線圈額定工作電壓為AC 220 V。常規(guī)情況下，交流接觸器施加交流電源之后，線圈阻抗是本身電阻和交流感抗之和。一是根據(jù)導體電阻公式R=ρ(L/S)，可知電阻R與長度L成正比，與橫截面積S成反比。直流接觸器線圈線細、匝數(shù)多，本身電阻較大，而交流接觸器線圈線粗、匝數(shù)少，本身電阻較小，錯裝會造成通過電流較大。二是現(xiàn)場交流接觸器施加的是直流電源，根據(jù)純電感公式XL=2πfL(XL為感抗，f為頻率，L為電感量),電感線圈對高頻電流阻力很大，而對直流電流，相當于f=0，XL=0。這樣線圈阻抗只是本身電阻，而交流接觸器線圈本身電阻又比直流接觸器線圈電阻小，所以通過電流較大，接觸器線圈很快會燒損。

2.4 機械卡滯故障

檢修中發(fā)現(xiàn)發(fā)電車機組控制屏內的冷卻風機高速接觸器不吸合，造成柴油機組高水溫報警故障。分析原因為3TF49型接觸器底座上兩側各有1個互鎖裝置，只有滅弧罩安裝可靠后，滅弧罩兩側的推桿恰好將此保險互鎖裝置頂開，動鐵芯才能上下移動。但運用中此接觸器的滅弧罩有一側推桿安裝時未完全嵌入卡槽內，由于振動，在推桿彈簧的反作用力下推桿從卡槽內脫出，滅弧罩被機械聯(lián)鎖，導致動鐵芯被卡滯不能位移，導致故障。

2.5 線圈阻值變化導致接觸器燒損

DC 600 V車下電源逆變器為空調提供三相交流電源，常發(fā)生故障，導致車廂溫度升高，旅客投訴。段配屬581輛DC 600 V客車，2020年上半年僅接觸器故障就發(fā)生了17件/次。某車途中逆變電源1報故障碼“OE”，意為輸入輸出接觸器故障，實測主接觸器(型號C295A/G/110EC-U2)線圈阻值為17.59 kΩ，是標稱阻值(692 Ω)的25倍，入庫后再次測量線圈已經(jīng)徹底燒斷。分析原因為線圈內部漆包線匝間短路，勵磁電流變大，因電流的熱效應與電流強度的平方成正比，電流變大，溫度升高，線圈發(fā)熱致使表層變色，而導體的電阻可近似地認為與溫度成正比，所以隨溫度的上升，漆包線的電阻也不斷增加，漆包線絕緣強度快速下降，直至線圈燒毀。

2.6 接觸器釋放緩慢

TYJX-B型應急電源箱內的直流接觸器在線圈斷電時釋放緩慢(正常釋放時間應小于30 ms)。分析原因為線圈兩端未按圖紙要求并聯(lián)阻容保護器，使鐵芯內剩磁增大。線圈中的鐵芯是為了增加線圈產(chǎn)生的磁場強度，鐵磁物質的導磁率是非鐵磁物質的幾十到幾百萬倍，所以鐵磁物質的磁性非常強。線圈斷電時，磁通要減少，感應電動勢推送出來的感應電流所產(chǎn)生的磁場阻止其減少，導致剩磁存留于鐵芯內，因沒有安裝阻容保護器而不能及時消除，大量剩磁在鐵芯中抑制了接觸器的正常釋放動作，易造成線圈老化、主觸點分斷不及時產(chǎn)生高溫拉弧，燒毀電氣設備。

3 預防措施及建議

客車接觸器型號多、品種雜，使用過程中會出現(xiàn)各種問題，所以應規(guī)范接觸器的檢修，從而降低接觸器故障率，建議：

(1) 滿負載通電試驗1 h以上，點溫檢查溫升部位有無異常。

(2) 接觸器標注的電壓是指主觸點的額定電壓，不要與線圈的工作電壓混淆，選型時接觸器的額定電壓應大于負載的額定電壓。

(3) 接觸器主觸點額定電流應大于感性負載的額定電流。接觸器在頻繁啟動、頻繁正反轉工作時，電流較大。為防止觸點的損壞，應將主觸點額定電流降低一級使用。

(4) 若電磁噪聲產(chǎn)生，檢查短路環(huán)是否有裂紋，否則更新鐵芯或短路環(huán)。

(5) 更換接觸器時應根據(jù)具體安裝空間接線情況，從統(tǒng)型圖紙電器元件明細表中選配適合的接觸器。

(6) 在E3修基礎上增加測量接觸器線圈的阻值是否符合要求的工序。

(7) 接觸器發(fā)生機械卡滯時，檢查滅弧罩的安裝是否可靠到位。