HXD3型電力機車重聯控制故障原因分析與對策

肖 勇，林永利，曹天亮

（西安鐵路局 安康機務段，陜西安康725005）

HXD3型電力機車重聯控制功能設計較為完善，自2009-04以來全鐵路首次在襄渝、陽安、西康線山區線路采用單班司機值乘雙機重聯運用以來，具有節省乘務人員、便于重載牽引等優點，在保證入川運輸通道的暢通中發揮了巨大作用。在實際運用中，因機車設計制造缺陷、技術資料及實踐經驗的匱乏，重聯運用中也暴露出諸多問題，機車重聯控制故障時有發生，特別是2011年以來機車重聯控制故障大幅上升，故障判斷及處理較為困難，多次造成臨修、區停，已成為影響HXD3型機車運用安全的一個關鍵問題。

1 問題的提出

1.1 重聯控制故障情況統計分析

對西安鐵路局安康機務段配屬的HXD3型機車2009-04—2011-12期間機車重聯控制裝置情況進行了匯總，共計發生故障86件，經統計分析主要分為以下幾種：

（1）機車運行途中出現重聯不受控現象。如對重聯機車不能正常進行斷合主斷路器、升降受電弓等。此類故障共發生35件，占總故障件數的40.7%。

（2）機車出庫、調車作業完畢或處理機車故障進行單車蓄電池斷合操作后，出現機車不能正常重聯，本務機車不能進行重聯機車CI支路隔離等操作。此類故障共發生18件，占總故障件數的20.9%。

（3）機車運行途中發生自動斷開重聯狀態進入單機模式、TCMS屏死屏或者始終顯示“連掛控制中”，機車無法進行重聯控制。此類故障共發生14件，占總故障件數的16.3%。

（4）機車運行途中發生TCMS系統故障，TCMS屏主界面顯示“微機控制柜故障”，微機正常燈不亮，本務或重聯機車喪失牽引力，或者出現重聯不受控現象。此類故障共發生16件，占總故障件數的18.6%。

（5）機車運行途中多次自動產生ATP緊急制動，無法消除請求救援。此類故障共發生3件，占總故障件數的3.5%。

2 原因分析

2.1 機車重聯控制原理

（1）重聯控制回路

因廠家提供的HXD3型機車重聯控制技術資料匱乏，結合機車故障現象，組織進行原理分析和試驗驗證，根據重聯控制功能不同將重聯控制回路分為5個部分。如圖1。

①重聯電話回路。主要功能為實現機車兩端及重聯機車間通訊信號傳輸，由1031，1032，1033線及屏蔽線組成。

②重聯檢知回路。主要功能為檢測機車是否進行了重聯線纜連接，通過TCMS信息傳輸確定機車進行重聯控制模式。由1009，1010，1019，1020，1021，1022，1025，1026組成，其中1021，1025為輸出檢知信號，其余為輸入檢知信號。

③重聯狀態判定回路。主要功能為與重聯控制繼電器KE25構成回路，通過信號傳輸回路的不同，判定機車重聯端別。進入重聯控制模式時，兩臺機車重聯端駕駛室為非有效駕駛室，非重聯端駕駛室為有效駕駛室。由1035，1036，1037，1038，1029，1030組成。

④數據傳輸回路。實現TCMS重聯控制指令及各類工況數據信息的傳輸。由1001，1002，1005，1006，1011，1012，1015，1016，1023，1024，1027，1028和屏蔽線組成。

圖1 HXD3型機車重聯控制電氣原理圖

⑤ATP信號傳輸回路。傳輸804機車安全緊急制動信號，保證重聯機車同時產生安全保護作用。通過重聯插座及線纜的“Y”線傳輸ATP緊急制動信號。

（2）重聯連接方式

HXD3型機車共設有4個重聯插座，每端2個，分別為CZ1～CZ4，機車重聯插座布置及定義如圖2所示。

機車重聯端使用2根重聯線纜連接，其重聯方式共有3種：Ⅰ+Ⅰ（GZ1-GZ2、GZ2-GZ1），Ⅰ+Ⅱ（GZ3-GZ2、GZ4-GZ1），Ⅱ+Ⅱ（GZ3-GZ4、GZ4-GZ3）。相應的機車重聯接線有所不同，以Ⅰ+Ⅰ重聯接線方式為例，重聯聯接方式如圖3，重聯接線如圖4。

（3）重聯連接過程

以A、B車Ⅰ+Ⅰ連接方式為例，重聯接線如圖4所示。

圖2 機車重聯插座布置

圖3 機車重聯聯接示意圖（Ⅰ＋Ⅰ）

（1）連接A、B兩車Ⅰ端重聯線；

（2）閉合A車蓄電池充電自動開關QA61，A車TCMS系統啟動，自動進入“單機”模式，A車重聯控制繼電器KE25處于得電狀態，如圖5。

（3）閉合B車蓄電池充電自動開關QA61，B車TCMS系統啟動，B車重聯控制繼電器KE25處于得電狀態。機車檢知信號通過B車CZ1、2U、V插針的1029→A車CZ2V插針的1037→A車KE25重聯控制繼電器→A車CZ1G插針的1035→B車GZ1G插針的1009構成回路，判斷B車進行重聯連接，且Ⅰ端為重聯端（即非有效駕駛室），B車TCMS進入“連掛控制中”畫面。同時A車通過B車KE25重聯控制繼電器構成的重聯狀態判定回路，TCMS也從“單機”模式進入“連掛控制中”畫面；如圖6。

（4）兩臺機車通過重聯插座R插針的1023／1024傳送機車重聯控制所需的各部件工況等數據信息；

（5）兩臺機車分別通過重聯插座Q插針的1021（輸出檢知）和1022（輸入檢知）向對方TCMS發送并接收重聯信息，確認機車完成重聯連接自檢過程，重聯控制準備工作結束，TCMS屏主畫面顯示“重聯／單機控制開始”，如圖7。點擊后進入“重聯”模式，如圖8。

（6）兩臺機車進入重聯控制模式后，通過1001，1002，1005，1006傳輸機車重聯控制指令及各部件工況等數據，通過804傳輸ATP緊急制動信號，分別由兩臺機車TCMS系統判斷執行。

圖4 HXD3型機車重聯接線圖示（Ⅰ＋Ⅰ）

圖5 TCMS屏單機模式

圖6 TCMS屏連掛狀態

圖7 TCMS屏重聯準備

圖8 TCMS屏重聯模式

2.2 存在問題

（1）重聯線纜彎折斷股導致通訊中斷

HXD3型機車雙機重聯運用，因安康機務段地處秦巴山區，線路條件比較復雜惡劣，彎道多、橋梁多、坡道大，在長期振動、反復彎折作用下，易發生重聯線纜導線彎折斷股現象，接觸不良或斷裂導致重聯信號通訊中斷。因此重聯線纜的設計制造對線纜強度、韌性、屏蔽性能等要求較高。如2009-06以后，安康機務段HXD3型機車因重聯線纜廠家設計制造缺陷，導線材質韌性不足導致機車重聯運用2個月后連續發生重聯線纜斷股造成重聯通訊中斷故障，多次造成機破。

（2）插針油潤設計缺陷易導致觸頭接觸不良

為保證重聯插座觸頭良好回復性及可靠接觸，廠家對27芯插座插針內部設計有油潤通路，加裝潤滑脂進行潤滑，避免長期使用導致插針磨損。但在實際使用過程中，因氣候及振動等原因，機車運用2年以后，重聯插座插針油潤通路逐漸發生油脂泄漏現象，粉塵、油污等堆積在插針觸頭底部，導致觸頭回彈性能下降，易產生縮針現象，造成接觸不良。

（3）重聯控制設計缺陷導致易發“假重聯”現象

所謂“假重聯”，是指機車TCMS系統判斷機車進入重聯狀態，各部分顯示正常，但實際操作中不能真正實現重聯控制功能的現象。主要表現有①本務機車不能控制重聯機車受電弓、主斷路器正常斷開或閉合操作；②本務機車無法實現在TCMS屏上隔離或投入重聯機車CI、APU部件等操作。

這種現象多發于正常重聯機車其中一臺機車因故進行蓄電池斷、合電操作后。

HXD3型機車正常的重聯狀態，是由兩臺機車TCMS系統互相發送信號，重聯檢知確認并確認兩臺機車各部件工況后構成。而其中一臺機車因故斷、合電后，另外一臺TCMS系統仍然默認機車處于重聯狀態，不再對斷電機車進行各部件工況的信號傳輸確認，因此導致兩臺機車進入"假重聯"，易發生重聯機車不受控故障。

（4）重聯線路不良導致重聯控制動態故障

①頻繁重聯拆解及合車作業導致插座與插頭間接觸不良。機車頻繁進行拆解及合車作業，不僅易導致插座與插頭連接松動、插針歪斜縮針現象，且因外點編組場作業環境等因素影響，可能導致重聯線纜插頭進入粉塵、油污及雜物，觸頭表面污穢導致接觸不良。

②連接狀態不可靠，壓緊裝置不到位等原因導致插座與插頭間連接松動。

③重聯插座與TCMS之間重聯控制線路導線布線不規范，發生斷裂、毛刺等。

④重聯插座Y插針因油水污染等問題短接帶電，易導致機車804信號得電造成兩臺機車產生ATP緊急制動。

（5）TCMS系統故障通訊中斷

①機車運用途中發生TCMS1系故障，不能自動轉入熱備的TCMS2系工作，導致重聯通訊中斷。

②KE25重聯控制繼電器故障，導致機車不能判斷有效駕駛室，重聯通訊異常。

3 對策及建議

3.1 設計制造方面

（1）提高重聯線纜選材及加工工藝。廠家應充分考慮重聯線纜運用條件，選用合格導線，避免短時間內疲勞斷裂。同時提高抗干擾屏蔽工藝，避免諧波或電磁場的干擾可能導致的信號錯漏。

（2）改進重聯插座制造工藝。廠家應研究改進插針潤滑工藝，避免長期運用產生的潤滑油脂泄漏導致粉塵堆積問題。

（3）改進重聯控制設計，提高可靠性。

①改進重聯連接功能軟件設計，避免“假重聯”。TCMS系統判斷某臺機車重聯控制斷開（檢知回路故障、線路故障或某臺機車蓄電池斷電）時，應同時斷開兩臺機車重聯控制功能，自動進入單機控制模式，清除TCMS系統重聯相關數據。當進入重聯狀態時，應重新進行重聯控制相關數據傳輸及信號交換，確保重聯控制連接有效。

②完善重聯控制自診斷功能設計，便于判斷處理。重聯控制設計中應增加各個重聯連接環節信號監測及判斷功能，當重聯控制發生故障時，應在本務機車TCMS屏顯示“重聯控制故障”等明顯提示，提示乘務員檢查處理重聯控制故障，同時應監測判斷故障點并記錄，以便進行后續故障判斷及處理工作，杜絕發生重聯機車不受控，主斷路器非正常斷開／閉合導致的弓網等事故發生。

③建議取消KE25重聯控制繼電器。因重聯控制功能需要，KE25重聯控制繼電器為常得電設計，HXD3型機車無論單機或重聯運用，該繼電器均處于得電狀態，長期使用該繼電器易發生故障，導致重聯狀態判定錯誤造成重聯控制故障。根據該繼電器功能設計及實際使用情況，建議取消KE25重聯控制繼電器，減少控制環節，降低重聯控制故障概率。

3.2 檢修維護方面

（1）盡量采用雙機固定重聯牽引，避免頻繁拆解。雙機固定重聯運用，不僅可以保證機車重聯插座與重聯線纜插頭間的可靠連接，避免頻繁拆解導致的連接松動、異物污染等導致的重聯接觸不良的故障，而且便于重聯線纜的配件管理，大大減少了重聯故障的排查處理故障點。

（2）規范重聯拆解、合車作業程序。根據現場情況，結合故障易發控制點，制訂了《HXD3型機車重聯合車（拆解）作業標準》，將檢查測試重聯線纜導線連接狀態、檢查重聯插座觸頭表面狀態、連接捆綁加漆封及機車重聯試驗等納入作業標準，避免因作業人為因素導致的松動、污損及虛接現象。

（3）加強重聯線纜配件管理。一是對下車的重聯線纜配件，外觀檢查觸頭端面并使用細紗布蘸取無水乙醇對觸頭表面擦試，去除表面污穢，并自然晾干；二是對檢查良好的車下、車上重聯線纜配件，在插頭兩端加裝橡膠護套，避免粉塵油水污染。

（4）將重聯插座觸頭清洗作業納入HXD3型機車修程檢修范圍。為解決長期運用機車重聯插座插針底部粉塵油污堆積導致的插針回彈性能下降、觸頭表面污穢問題，制訂了《HXD3型機車重聯插座清洗、檢查作業指導書》，并納入季檢、半年檢及一年檢檢修范圍，使用無水乙醇對動觸頭端面和側面進行清洗，同時按壓檢查動觸頭回彈性能。

（5）探索重聯線纜長壽命化管理。聯系相關廠家對重聯線纜的設計技術資料，結合機車重聯運用實際情況，收集整理分析重聯控制故障信息，逐步探索確定重聯線纜使用年限，對重聯線纜進行定期更新，有效避免批量產生的重聯線纜導線疲勞斷裂、膠管龜裂老化、抗干擾性能下降等問題。

3.3 運用操縱方面

（1）運用過程注意監控重聯機車工作狀況。HXD3型機車重聯控制功能設計較為完善，乘務員可在本務機車TCMS屏切換觀察重聯機車運用狀況，包括主斷路器、受電弓、網壓、原邊電壓、原邊電流、牽引力發揮以及CI、PSU、APU等各主要部件工作狀況。加之HXD3型機車安裝有機車狀態顯示屏，因此我們要求乘務員在機車動車時及運用途中，應將TCMS屏切換至重聯機車狀態顯示界面，隨時監控后車工作狀況，避免重聯控制故障未及時發現處置擴大故障影響。

（2）規范重聯機車蓄電池作業程序。當兩臺機車在重聯運用過程中出現故障時，若其中一臺機車需進行蓄電池斷、合操作，則另外一臺機車也必須重啟蓄電池，確保兩臺機車TCMS系統重新進入正常重聯控制模式，避免“假重聯”。

3.4 故障判斷處理方面

（1）重聯機車不受控，無故障提示

此類故障原因一般是因“假重聯”或機車線路不良導致通訊中斷造成。

①如前期進行過其中一臺機車蓄電池、斷合操作，可初步判斷為“假重聯”，重新組織對兩臺機車蓄電池重啟，恢復機車正常重聯狀態。

②檢查重聯線纜與插頭連接狀態，發現連接松動、插針縮針、觸頭污穢等問題時進行針對性處理。

③機車運用過程如條件允許，可拆除兩臺機車重聯線纜，采用兩臺機車單機連掛模式維持運用。

④機車回機務段后，可檢查測量重聯線纜聯接狀態，清洗處理重聯插座觸頭。

⑤根據圖1、圖2所示機車3種不同的重聯接線方式及控制原理，檢查測量重聯控制數據傳輸回路相關線路導通狀態，以徹查故障處所。

（2）機車無法進入或自動斷開重聯狀態

此類故障原因一般是為重聯檢知及狀態判定回路故障。TCMS屏顯示“連掛控制中”、TCMS屏死屏或某一臺機車自動進入單機狀態。

①重聯線纜插頭與插座連接松動，運用過程因振動、扭曲等原因導致松脫。

②機車運用過程如條件允許，可拆除兩臺機車重聯線纜，采用兩臺機車單機連掛模式維持運用。

③檢查測量重聯線纜連接狀態，清洗處理重聯插座觸頭。

④根據圖1、圖2所示機車3種不同的重聯接線方式及控制原理，檢查測量重聯控制檢知回路及狀態判定回路相關線路導通狀態，以徹查故障處所。

⑤檢查KE25重聯控制繼電器狀態，不良時更換。

（3）TCMS系統故障

此類故障均會顯示相關故障記錄及提示。故障機車TCMS屏主界面的故障信息欄提示“微機控制柜故障”，TCMS屏故障履歷中顯示“TCMS1系故障”，運用過程如影響重聯控制時可對故障機車低壓電器柜QA41（微機控制1）自動開關進行切除，人為轉換至TCMS2系工作維持重聯運用，回機務段后組織徹查故障原因，并進行針對性處理。

（4）機車頻繁產生緊急制動

此類故障除CCBⅡ制動系統自身故障外，也可能因機車重聯插座插針污染放電造成。機車LCDM屏故障記錄中有“緊急制動：ATP”，且該故障一般頻繁發生或804始終處于得電狀態無法緩解。排除CCBⅡ制動系統故障原因后，可檢查兩臺機車8個重聯插座狀態，清除插座插針污穢。

4 結束語

通過對HXD3型機車重聯控制原理的深入分析，找出了機車重聯控制在設計制造、檢修維護及運用操縱等方面存在的問題，提出了相應的改進方案和行之有效的檢修維護標準，并梳理了3種類型重聯控制故障的判斷處理方法，有效減少了HXD3型機車重聯控制故障的發生，保證HXD3型大功率交流電力機車的運用安全。

［1］HXD3型交流傳動電力機車運用保養說明書［R］.中國北車集團大連機車車輛有限公司，大連：2007.