HXD3C型電力機車潛油泵斷路器跳開故障的原因分析及對策

杜建波， 趙　奕

(濟南鐵路局　濟南機務段， 山東濟南 250023)

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HXD3C型電力機車潛油泵斷路器跳開故障的原因分析及對策

杜建波， 趙奕

(濟南鐵路局濟南機務段， 山東濟南 250023)

濟南機務段配屬的HXD3C型電力機車途中多次發生潛油泵斷路器跳開故障，結合現場故障發生情況進行了原因分析，并提出了故障解決對策，通過對策實施取得了良好效果。

HXD3C型機車；潛油泵；空氣斷路器；原因分析

HXD3C型電力機車主變壓器有兩個油循環回路，安裝2個潛油泵，為變壓器油循環提供動力。輔助變流器APU2以恒頻恒壓方式輸出380 V，50 Hz的交流電，經過變壓器油泵斷路器向主變壓器油泵MA21、MA22供電。任何一組故障或被隔離時，其對應牽引變流柜內的3組主變流器和3臺牽引電動機全部停止工作。

濟南機務段配屬的HXD3C型電力機車途中多次發生油泵斷路器跳開，導致潛油泵被隔離，機車失去部分牽引力，嚴重影響機車正常運用。例如2015年2月8日,HXD3C 0668機車牽引K709次客運列車，運行至章丘—王村間過分相后因油泵1跳脫扣失去牽引力，造成區間停車。針對濟南機務段HXD3C型電力機車發生潛油泵故障的情況，我們進行了故障統計，如表1所示。

表1　故障統計

1　原因分析

主變壓器油泵斷路器采用西門子3RV1021-1KA10型紐子脫扣開關，該斷路器具有瞬時過電流保護熱、過載保護及缺相保護。瞬時過電流保護值為163 A。該斷路器整定電流范圍為9～12.5 A，HXD3C型電力機車潛油泵實際選定的過載整定電流In為10.5 A，即將斷路器的熱過載保護值選擇為10.5 A，如圖1所示：

圖1　HXD3C型電力機車潛油泵斷路器

3RV1021-1KA10型紐子脫扣開關熱過載保護設計符合10級脫扣保護級別(其保護動作的時間與整定電流In的關系曲線如圖2中間曲線所示)，從圖2中可以看出，當油泵工作電流為10.5 A時，即1×In，曲線無交集，說明脫扣過載保護不會動作；當油泵工作電流為21 A時，即2×In，大約延時70 s，脫扣過載保護動作；當油泵工作電流為31.5 A時，即3×In，大約延時30 s，脫扣過載保護動作。

通過對斷路器特性的分析，我們一方面根據上述關系曲線，對發生跳開故障的斷路器進行測試發現，斷路器開關動作正常。另一方面我們對發生油泵斷路器跳開故障頻率較高的HXD3C 0668、HXD3C 0791機車油泵工作電流進行測試。經測試HXD3C 0668機車油泵1、2工作電流均為11.7 A，而HXD3C 0791機車油泵工作電流均為11.8 A。上述結果均已經超過油泵脫扣設定的額定工作值。

圖2　保護動作的時間與整定電流的關系曲線

濟南機務段HXD3C型機車裝配的潛油泵共有3個不同的生產廠家，分別為株洲榮達、株洲敏銳與浙江爾格。對濟南機務段配屬的全部88臺HXD3C型機車的油泵生產廠家及工作電流進行普查測試，其結果如下：

表2　油泵電流測試情況

通過以上測試發現，潛油泵電流值過高是造成油泵斷路器跳開的主要原因。

2　影響油泵工作電流的因素

2.1油泵本身額定工作電流存在差異

3種廠家生產的油泵的設計參數基本相同，其額定值分別為：功率3.7 kW、電壓380 V、揚程16 m、頻率50 Hz、流量48 m3/h、轉速1 440 r/min。但額定電流略有差別，其中株洲榮達與株洲敏銳公司生產的油泵額定電流為7.8 A，而浙江爾格公司生產的油泵的額定電流為8.5 A。從以上參數可以看出，浙江爾格科技股份有限公司生產的油泵電機工作電流額定值要高于其他兩個廠家生產的電機。

2.2環境溫度的差異

環境溫度對變壓器油的黏稠度產生影響，冬季環境溫度低，變壓器油黏稠度大；夏季環境溫度高，變壓器油黏稠度低。介質的黏度對泵的影響是很大的，當黏度增加時，泵的揚程特性曲線下降，最佳工況的揚程和流量均隨黏度的增加而下降，而功率則隨黏度的增加而上升，泵的效率降低。

濟南機務段5臺HXD3C型機車發生的13次油泵脫扣均在冬季，這說明油的黏稠度是功率油泵功率的重要因素。

2.3主變壓器油路個體差異

HXD3C型電力機車所使用的主變壓器均為大連機車車輛有限公司生產的JQFP-10160/25型主變壓器，但不同個體之間存在差異。一是變壓器的繞組是人工繞制的，不同變壓器繞組導線密度、間隙存在差異，造成繞組油路阻尼系數的差異；二是變壓器油箱及外部油管路存在個體差異，造成油管路阻尼系數存在差異；三是變壓器油箱的油位存在差異。

以上3點造成主變壓器油路阻尼系數不同，主變壓器油路的阻尼越小，油泵單位時間內的泵油量越大，油泵的實際工作功率越高，油泵電流就越高。

2.4復合冷卻器個體差異

濟南機務段配屬的HXD3C型機車，裝配的復合冷卻器共有2個廠家，兩種復合冷卻器的額定流量均為48 m3/h，但實際的流量存在一定差異，且為克服冬季油流不暢的問題，生產廠家后期均對復合冷卻器油路管道進行了改造，使得復合冷卻器油流阻尼系數有所降低。

復合冷卻器油路的阻尼越小，油泵單位時間內的泵油量越大，油泵的實際工作功率越高，油泵電流也越高。

3　改進措施

(1) 從油泵工作電流的普查測試結果看，油泵工作電流的變化范圍從6～12 A，變化幅度很大，但機車油泵斷路器開關卻設置了統一的過載保護電流值，因而對于工作電流偏大的油泵電機，開關會有誤動作的情況。因此，對于個別有油泵斷路器開關跳開現象的油泵電機，可以實際測試出油泵工作電流，并以此為參考將油泵脫扣過載保護值適當調大，以避免油泵脫扣誤動作的發生。

(2) 雖然調整油泵斷路器保護值能夠克服油泵斷路器跳開故障的發生，但當油泵電機長期工作于超過額定電流約3 A的條件下，對電機的使用壽命將產生不利影響。因此，對于油泵工作電流過高的機車，應選配額定功率較低的油泵，達到降低油泵工作電流的要求。

(3) 建議大連機車車輛有限公司在機車出廠前對油泵工作電流進行測試，對于工作在偏離額定工況較大的油泵進行更換，同時建議大連機車車輛有限公司協調各油泵供應商，統一油泵電機的額定工作電流，加強油泵出廠前的性能測試。

(4) HXD3C型機車目前的TCMS微機軟件版本為134版本，機車過分相后單個油泵故障會造成整車無牽引力故障。目前，濟南機務段已將TCMS軟件版本全部升級為135版本，升級后的135軟件版本支持“單油泵故障，過分相后機車可以輸出一個轉向架的牽引力”，從而避免由于單油泵故障造成區間停車的情況。

4　結束語

通過對HXD3C型電力機車潛油泵斷路器跳開故障問題的深入分析，找出空氣斷路器在過載電流保護值選擇以及影響油泵工作電流方面存在的問題，提出了相應的整改措施和建議，通過整改，有效減少HXD3C型電力機車油泵斷路器跳開故障，提高機車質量，確保HXD3C型電力機車的運用安全，同時也為機車其他負載斷路器跳開故障原因查找及預防提供借鑒。

[1]中國北車集團大連機車車輛有限公司．HXD3C型大功率交流傳動電力機車培訓教材[R]. 大連: 中國北車集團大連機車車輛有限公司， 2010．

Reason Analysis and Countermeasure of HXD3C Electric Locomotive Submersible Pump Circuit Breaker Tripping Fault

DU Jianbo, ZHAO Yi

(Jinan Locomotive Depot, Jinan Railway Bureau, Jinan 250023 Shandong, China)

The submersible pump circuit breaker tripping faults have occurred many times as HXD3C electric locomotive of Jinan locomotive depot operating. In this paper, the reason analysis of field failure was carried on, and the fault solution was proposed, which achieved good results.

HXD3C type locomotive; submersible pump; air circuit breaker; reason analysis

1008-7842 (2016) 01-0072-03

??)男，助理工程師 (

2015-08-15)

U264.3+6

Adoi:10.3969/j.issn.1008-7842.2016.01.18