SS4G電力機車輔助風泵控制回路優化

葉 林 上海鐵路局杭州機務段

近期有一線機車乘務員反映，在上班準備作業時，利用輔助風源進行升弓后打主風泵，在總風缸壓力上升到350kPa時，發生受電弓沿接觸網抖動，機車乘務員發現劈相機有堵轉現象后隨即斷開主斷。雖未造成后果，可在電氣化區段由于弓網接觸狀態變化極易引發弓網故障。2009年2月4日福州機務段就發生了一起SS4G電力機車因升弓風壓不足引起燒損接觸網的一般C類事故。為此，筆者在對機車乘務員加強操縱流程規范的同時，對SS4G機車用輔助風泵升弓時，著重研究了是否可以實現機車在特定情況下的自主保護投入，以彌補機車乘務員在工作中因疏忽而引發的嚴重后果。即通過一定范圍內的技術改造來達到方便機車乘務員，和保護行車設備的目的。

1 SS4G輔助風源系統的缺陷

由于SS4G機車的升弓系統是以風源為基礎的，所以在設計之初考慮到了初始升弓狀態的非常規性，在升弓風源的安排上采用了冗余設計。以總風缸、控制風缸、輔助風缸三級風源供給，并通過逆止閥相互隔離，從而實現升弓風源的常態化，從理論上說消除了因風源消失或不足對初始升弓狀態的影響。但是在現場機車運用中，由于整備作業、監控試驗和風路的泄漏，對于SS4G的風源存風量都會產生較大的影響，特別是在SS4G總風和控制風壓均不足以滿足升弓條件或維持升弓后弓網之間的靜態接觸壓力時，我們就需要利用596SB對輔助風缸進行充風。現行的輔助升弓系統除了輔助風缸（105）、輔助風泵（96）外還設有逆止閥（107106）、放水閥（169）及輔助風壓表。在正常情況下利用輔助風缸進行升弓時，只要人為將輔助風缸初始壓力泵到升弓壓力就能進行操作。但實踐運用中由于輔助風缸存風量小（13.5L），相當于控制風缸的1/5，總風缸的1/10，升弓時即使風路容積發生較小的變化都會引起輔助風缸壓力的明顯降低（通過對SS4G1089、SS4G0870輔助風缸升弓實驗，在機車升弓、合主斷后，輔助風缸的衰減率約為初始壓力的20%～30%）。此時若沒有在第一時間被發現并再次補充，將會對升弓狀態造成直接影響，甚至導致弓網事故的發生。

2 對輔助風源控制系統調整的必要性

輔助風源的補充是通過輔助風泵的人為驅動來實現的，在控制電路上是通過人為按下596SB使442KM線圈得電，再通過442KM的主觸頭向447MD勵磁和電樞繞組供電。換言之就是打多少風是由按多久596SB決定的。這樣，一方面需要人工長時間操作596SB給乘務員上班工作帶來繁瑣，另一方面由于長時間人為按壓569SB對其觸點和復原彈簧乃至447MD的使用壽命都造成了一定的影響。由于考慮到升弓的衰減率，需要有人員在其期間不間斷的確認其壓力，如低于規定值應及時按下596SB補充，但在單班單司機操縱或是只有一人升弓時，由于不能在第一時間確認機車輔助風缸壓力而導致不能在風壓衰減到臨界值時及時充風補給，從而會對機車受電弓和接觸網的接觸壓力造成一定的影響。

針對SS4G機車所采用的全手動打小風泵向輔助風缸補風模式，筆者認為其不足之處在于：一方面在人機控制上不能滿足人機互控、備份冗余的模式，加之由于總風缸、控制風缸、輔助風缸容積大相徑庭所以在用備份風源升弓時如不通過人為補充就會出現大幅衰減不利于維持受電弓與接觸網的接觸壓力。另一方面是對輔助風缸壓力檢測不夠快速有效，完全依賴乘務員對風壓的人工控制，并且在出現壓力不足以支持升弓時，也只有通過人工斷電來防止。當遇到只有一人需要利用輔助風缸進行升弓操作時，由于在司機室不能第一時間確認輔助風缸壓力表，所以也不能對升弓時輔助風壓進行檢測和補充，有悖于機車運用工作的安全導向原則。根據上述分析，筆者進一步探討了輔助風泵控制回路技術改造方案。

3 輔助風源控制系統的優化方法

考慮到輔助風缸在升弓時風壓變化的必然行，設想通過用風信號轉化為電信號，再利用電信號傳送到司機室和低壓柜進行人機互控。在機車輔助風缸出口、控制風缸出庫和總風缸出口管增設四個壓力開關傳感器，分別控制Y1（輔助）、Y2（輔助）、Y3（總風）、Y4（控制）壓力開關，其動作值分別為800kPa、500kPa、450kPa、480kPa。 并 同 時 設 有1KT、2KT分別延時3S、5S，一方面用于緩和1Y、2Y風壓信號的不穩定性，另一方面給司機確認和人為采取措施留有時間，避免頻繁產生保護信號，以至影響機車。

為了避免乘務員長時間手按596SB，在442KM圈負端設Y1輔助反聯鎖，并在442KM圈正端和596SB之間增設442KM輔助正聯鎖實現442KM的自鎖，從而以簡單的操縱達到規定的升弓條件。考慮到雙風泵冗余打風目的，在N681#增設GK1，當一節輔助風泵出現故障時可將其切除，利用甩單節升弓的方法進行配合操作。而在680#上增設1ZJ，用于在總風缸壓力低于450kPa并且控制風缸壓力低于480kPa時進入控制系統風壓保護狀態。在司機室狀態顯示屏增設XD1、XD2以及逆流二極管D1、D2，分別由 Y1、Y2 輔助正聯鎖控制，同時增設680G#、681G#技改線。在主斷分閘信號544#后增加1ZJ和2KT延時吸合輔助低壓反聯鎖，并使其串聯用于自動控制低壓保護投入。

4 輔助風源控制系統優化后的工作原理

當機車乘務員需要用輔助風缸進行升弓時，可在關閉兩節169#塞門后按一下任意一節車的596SB按鈕，兩節車442KM同時得電。此時因442KM自鎖聯鎖閉合，即可放開596SB，447MD會在其自鎖聯鎖的驅動下繼續全速運行（見圖1）。當輔助風缸壓力充到500kPa時其681G#上的Y2低壓正聯鎖溝通控制臺XD2燈顯回路，XD2點亮告訴司機充風正常，輔助風缸正在建立壓力，要求對風感壓力繼續跟蹤觀察。與此同時Y2低壓聯鎖溝通2KT控制回路，風壓保護信號被切除。

圖1 線圈控制系統

隨著輔助風缸壓力繼續上升，當壓力達到800kPa時Y1壓力開關被驅動，其低壓正聯鎖溝通1KT控制回路，經過3S延時后通過1KT延時釋放反聯鎖切斷442KM線圈控制電路（見圖2），輔助風泵停打，此時Y1另一對低壓正聯鎖接通680G#的XD1燈顯回路，此時控制臺XD2、XD1同時點亮，告訴司機此時輔助風缸已經打到規定升弓壓力，可以進行升弓作業（見圖3）。

圖2 壓力延時控制系統

當升弓時出現輔助風缸風壓衰減，與此同時由于Y1低壓正聯縮的釋放XD1首先熄滅，告訴司機輔助風壓正在衰減（正常情況下衰減到580kPa～600kPa即會進入穩壓狀態），此時2XD仍然點亮。

圖3 操縱臺提示燈顯回路

若由于某種原因導致風壓繼續下降，當下降到500kPa以下Y2壓力開關動作，其低壓正聯鎖釋放XD2熄滅，此時告訴司機輔助風缸風壓已經接近正常升弓壓力底值參數，需要立即補充（在XD1、XD2 回路中還增設 D1、D2，其作用是可通過狀態顯示屏的測試按鈕對其進行檢測，避免因燈泡故障而對升弓作業的風壓信號造成誤解）。Y2的另一個低壓正聯鎖切斷2KT控制回路，通過2KT的延時吸合反聯鎖以控制風壓保護信號的輸出。若此時總風缸風源未達到450kPa，控制風缸壓力也低于480kPa，Y3、Y4壓力開關同時被激發。Y4的一個低壓反聯鎖與Y3低壓反聯鎖串聯后接入1ZJ線圈控制電路，其作用是在控制風缸和總風缸均達不到升弓壓力時才會有輔助風缸失風保護信號輸出。當用控制風缸升弓，總風缸避免了在用正常風源升弓時輔助均壓力不足而造成的主斷分閘信號誤輸出。1ZJ低壓正聯鎖吸合，機車544#輸出主斷跳閘信號（見圖4）。

圖4 風壓保護信號輸出回路

也就是說當總風、控制風缸未打到定壓時Y3、Y4低壓反聯鎖閉合溝通1ZJ線圈回路，1ZJ上的一個低壓正聯鎖閉合進入輔助風壓自動保護檢測狀態，此時機車開始對輔助風缸壓力進行偵測。當偵測到低于規定壓力值(500kPa)時，就會使Y2低壓正聯鎖閉合，使2KT投入且經過5s延時后，若機車乘務員仍然未采取補救措施，則機車輸出主斷分閘信號使機車主斷跳開，用于保護機車，避免其在帶負載的情況下，因升弓壓力不足引起抖弓導致拉弧放電燒損接觸網或引起變電所跳閘。

5 總結

綜上所述，機車輔助風源控制系統經加裝該套裝置，在利用輔助風源升弓時，一方面：實現了機車乘務員在司機室就可以直接對輔助風缸壓力變化情況進行檢測，能在第一時間判斷輔助風源的衰減變化情況（司機只需對XD1、XD2進行確認，通過其亮、滅情況就能判斷升弓條件是否滿足），真正做到了共同確認情況下的"自控、互控、他控"；另一方面也實現了在人機互控的基礎上，通過四個壓力開關及中間繼電器的協調作用，實現了輔助風泵"工作、停打、跳閘"的自動化控制，基本實現安全導向原則的要求，從一定程度上保證了機車在電氣化區段的行車安全。