HXD2型電力機車總風壓力低故障原因分析與對策

張 勇，肖 勇，路宜華，白 剛

(西安鐵路局 安康機務段，陜西安康725005)

HXD2型電力機車總風壓力低故障原因分析與對策

張 勇，肖 勇，路宜華，白 剛

(西安鐵路局 安康機務段，陜西安康725005)

HXD2型交流傳動八軸9 600 kW貨運電力機車自2013年11月新造投入運用以來，運用中多次發生因總風壓力低導致的區停及機破，嚴重影響機車運用安全。現從HXD2型電力機車空氣壓縮機控制原理、設計制造及運用條件等方面出發，深入分析了造成機車總風壓力低的原因，提出了解決措施和方案，通過實施取得了良好效果。關鍵詞 HXD2;總風;壓力低;原因分析;對策

HXD2型交流傳動八軸9 600 kW機車是適應山區線路運用需要設計制造的貨運電力機車，采用中國北車集團自主研發的牽引控制系統和Faiyeley制動系統，自2013年11月份新造投用以來，大大提高了鐵路入川通道運輸能力。但因機車MPU軟件控制、壓縮機空氣斷路器選型、風管路布置等方面存在設計不足，機車運用過程頻繁發生總風壓力低故障，投入運用2個多月就發生了5起機破，多次造成臨修、區停，嚴重影響了機車的正常運用，已成為影響HXD2型機車運用安全的一個重點問題。

1 問題的提出

2013年11月份至2014年1月份期間對安康機務段支配的HXD2型機車總風壓力低故障情況進行了統計匯總，具體情況見表1。

表1 總風壓力低故障情況統計表

在17起總風壓力低故障中，壓縮機空氣斷路器跳開9起，占故障件數的53%，是造成運行中機車總風壓力低的主要原因，壓縮機故障、控制接觸器故障及網絡控制等故障是導致機車總風壓力低的次要原因。從故障檢查處理情況來看，總風壓力低故障具有以下特點:

(1)故障記錄難以查詢。總風壓力低于600 kPa產生懲罰制動后，微機顯示屏(DDU)故障記錄中無相關故障記錄，制動顯示屏(BDU)中僅顯示懲罰制動記錄，需下載MPU和BCU數據，分析后才能發現故障時總風壓力低的情況。

(2)動態故障難以復現。發生總風壓力低故障的 機車回段后，多次對機車進行打風試驗，壓縮機工作均正常，總風壓力正常，故障一般不再復現。

(3)故障原因難以判定。故障機車回段后，多數故障無法查明故障原因，僅能在修理過程中對可能造成該故障的處所如壓縮機扳鍵開關、RIOM、總風壓力傳感器、空氣斷路器等部位進行了換件處理，但故障仍偶爾動態發生。

(4)誤導故障判斷處置。運行中當總風壓力低產生懲罰制動后，因無明顯故障提示，易誤導乘務員判斷為機車制動系統故障，擴大故障影響。

2 原因分析

2.1 空氣壓縮機控制原理圖如圖1:

C1－CPR:主接觸器;C2－CPR:接觸器星接;C3－CPR:接觸器角接;Z－CPR:強泵開關;SJ(VE)CPR:延時繼電器;VE－CPR:連續運轉電磁閥;T－CPR:壓縮機溫度開關; P－CPR:壓縮機壓力開關;RIOM:遠程輸入輸出單元;GW:網關;MPU:主處理單元;DJ－CPR:壓縮機斷路器。圖1 空氣壓縮機控制原理圖

2.2 空氣壓縮機控制過程

正常工作控制過程:機車輔助變流器運行5 s后、壓縮機扳鍵開關在閉合位、總風壓力低于750 kPa時，壓力開關MA1－(CP)閉合，RIOM2 5功能模塊將壓力開關閉合指令通過網關模塊GW2傳給本節MPU。MPU分兩路發出指令，一路通過GW2傳給本節RIOM2 9功能模塊，讓壓縮機主接觸器C1－CPR和啟動接觸器C2－CPR得電(壓縮機啟動前溫度開關T－CPR和壓力開關P－TPR均在閉合位)，3 s后C3工作接觸器得電，壓縮機由Y接接觸器改為△接接觸器供電;同時延時繼電器SJ(YE)CPR得電，延時結束后連續運轉電磁閥得電，壓縮機正常工作。MPU另一路信號通過WTB傳遞給它節MPU，控制它節壓縮機工作。

強泵風工作控制過程:壓縮機扳鍵開關置強泵位，不受總風壓力開關控制，扳鍵開關指令由RIOM16功能模塊經GW1網關傳給MPU，MPU通過RIOM29功能模塊控制壓縮機工作。

2.3 故障原因

從原理分析可以看出，以下情況均可造成總風壓力低故障:

(1)總風壓力開關故障;

(2)壓縮機空氣斷路器DJ－CPR自動跳開;

(3)網關功能模塊RIOM故障;

(4)控制程序功能缺陷;

(5)壓縮機溫度開關、壓力開關、連續運轉電控閥等任一故障;

(6)壓縮機出風量不足;

(7)風管路過風能力差。

3 存在問題

3.1 壓縮機空氣斷路器設計安裝存在不足

(1)壓縮機空氣斷路器選型存在不足。HXD2型機車空氣壓縮機斷路器型號為GV3－P50型。該斷路器過流保護整定值設定為45 A，在實際運用中因壓縮機工作電流較大，易發生空氣斷路器過流保護跳開，導致壓縮機停止工作問題。

(2)壓縮機空氣斷路器設計安裝位置考慮不周。該空氣斷路器安裝在輔助變流柜內部，復位操作繁瑣。恢復空氣斷路器需進行如下操作:旋轉并取下受電弓藍色鑰匙;使用藍色鑰匙操作接地開關至“接地位”再取下黃色鑰匙;使用黃色鑰匙操縱通用柜上安全聯鎖鑰匙箱再取下綠色鑰匙;再使用綠色鑰匙打開輔助變流柜門鎖閉機構;最后使用專用四角鑰匙打開輔助變流柜8個機械鎖閉器。整個恢復過程極其繁瑣，費時費力，延長了故障處置時間，擴大了故障影響，且存在安全隱患。

3.2 空氣壓縮機控制功能存在不足

總風壓力開關檢測到風壓低于750 kPa時，通過網絡控制兩個壓縮機啟動。HXD2型機車采用某廠生產的TSA－2.4AI型空氣壓縮機，該型壓縮機采用連續運轉電磁閥失電排放機體內壓力以達到空載啟動目的。但因機車MPU控制軟件功能設計不足，壓縮機扳扭在運行位和強泵位轉換時，同時輸出低電平，導致壓縮機短時間停止工作。而壓縮機停止工作后，C3接觸器未釋放，連續運轉電磁閥不能失電排風，導致壓縮機機體內風壓過高，造成壓縮機無法再次啟動。并且這種情況下壓縮機單臺未啟動或兩臺均未啟動時，微機顯示屏(DDU)均無相關提示和記錄。

3.3 單臺空氣壓縮機工作不能滿足供風需求

TSA－2.4AI型空氣壓縮機公稱容積流量為2.4 m3/ min，比 HXD1、HXD3型機車壓縮機排氣量少 1/5。(HXD1型機車壓縮機出風量為3.0 m3/min)。安康機務段組織廠段技術人員進行現場試驗，HXD2型機車在牽引列車46輛情況下，操縱節單臺壓縮機投入工作，自動制動閥最大減壓量后緩解全列車時，機車總風壓力由750 kPa降至640 kPa左右，非操縱節單臺壓縮機工作時總風壓力降至620 kPa左右。而安康機務段牽引貨物列車一般在45～60輛左右，牽引長大貨物列車時單臺壓縮機供風量不能滿足緩解全列車用風量需求。

3.4 機車總風管路設計不足影響過風能力

HXD2型機車總風管總機械間向下布置，經車體底部再向上彎曲，再通過總風管折角塞門、總風連管和另一節車總風管相連，兩節之間總風管呈4個“U”字型布置(如圖2所示)，總風通過能力受到限制。特別是操縱節壓縮機故障使用非操縱段壓縮機打風時，阻流現象尤為明顯。

圖2 總風管彎曲情況

4 對策及建議

4.1 設計制造方面

4.1.1 壓縮機空氣斷路器設計改進

(1)改變壓縮機空氣斷路器設計安裝方式。將空氣斷路器安裝布置方式由水平改為垂直放置，并在輔助變流柜門板上開孔，以便安全快捷的對斷路器進行復位操作。圖3為柜體內部斷路器的更改方案。

圖3 空氣斷路器垂直布置

(2)壓縮機空氣斷路器換型。組織調研分析壓縮機實際工作情況，將GV3－P50型空氣斷路器換型為GV3－P65型，過流保護整定值提高為57 A，進行2個月的運用驗證觀察，效果較好，未發生空氣斷路器誤保護動作現象。

4.1.2 控制軟件功能優化

優化調整控制軟件，增加壓縮機延時停機控制功能，延時停機3～5 s，避免壓縮機扳鍵開關在運行位和強泵位頻繁轉換造成壓縮機停機無法再啟故障。軟件更新前后控制時序圖如圖4所示。

圖4 壓縮機控制時序圖

4.1.3 調整總風壓力開關整定值或修改控制方式

針對壓縮機供風能力不足問題，可將機車總風壓力開關MA1整定值由750±20 kPa調整為750+20 kPa;或參考HXD3型機車壓縮機控制方式，總風壓力低于825 kPa時，啟動單臺壓縮機，壓力低于750 kPa時，兩臺壓縮機同時啟動。

4.1.4 優化機車總風供風能力

建議廠家進行調研分析，可通過對壓縮機進行換型或對機車總風管路設計布置進行優化，加大壓縮機公稱容積流量并減少總風空氣管路設計安裝阻流現象，以提高供風能力和總風通過能力。

4.2 運用操縱方面

4.2.1 運用過程加強機車總風壓力狀態檢查。

(1)發現機車總風壓力低于整定值而壓縮機不自動打風時，應及時進行手動強泵打風。

(2)注意觀察DDU屏，及時進行判斷處理。DDU屏有“壓縮機故障”提示時，應及時進行對應壓縮機空氣斷路器的復位操作;檢查DDU屏壓縮機工作狀態，發現壓縮機接觸器狀態顯示異常時，進行復位操作。

4.2.2 適當提前使用強泵打風確保機車用風

為保證長大上坡道期間過分相運用需要，經過運用實踐總結，在機車過分相絕緣區之前，應提前使用強泵打風，將機車總風壓力升至900 kPa以上，可確保機車用風。

5 結束語

通過對HXD2型機車總風壓力低故障的深入分析，找出了HXD2型機車在軟件控制、配件選型、設計安裝等方面存在的問題，提出了相應的改進方案和行之有效的運用操縱注意事項，經實施控制軟件升級和壓縮機空氣斷路器換型改造等技術措施后，HXD2型機車總風壓力低故障大幅下降，自2014年2月份以來未發生一起因機車總風壓力低造成的機破及區停，有效保證了新八軸HXD2型機車運用安全。

［1］ 交流傳動八軸9 600 kW貨運電力機車使用保養說明書［R］.大同:中國北車集團大同電力機車有限責任公司，2013.

［2］ 交流傳動八軸9 600 kW貨運電力機車檢修手冊［R］.大同:中國北車集團大同電力機車有限責任公司，2013.

Fault Analysis and Countermeasures for Low Overall Wind Pressure of HXD2 Electric Locomotive

ZHANG Yong，XIAO Yong，LU Yihua，BAI Gang
(Ankang Locomotive Depot，Xi＇an Railway Bureau，Ankang 725005 Shaanxi，China)

Since HXD2-type AC-drive eight-axle 9600kw freight electric locomotive was put into use from November 2013，the operational stop and mechanical damage due to low overall wind pressure had occurred for many times，which seriously affected the safe running of locomotive.Based on the control principle，design＆production，and application conditions of HXD2 electric locomotive air compressor，this paper makes in-depth analysis for the causes of low overall wind pressure，and proposes the corresponding measures and schemes.The practice indicates that the proposed measures and schemes are effective.

HXD2;overall wind;low pressure;cause analysis;countermeasures

U264.91+1

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2015.01.23

1008－7842(2015)01－0101－04

)男，助理工程師(

2014－06－15)