HXD1B 型電力機車主斷路器工作原理及閉合故障分析

路賽

引言：介紹HXD1B型電力機車主斷路器的工作原理，針對機車運行中主斷路器HVB出現的閉合故障進行原因分析，提高機車運用的可靠性和穩定性

一、概述

HXD1B 型電力機車是我國自主生產的大功率交流傳動干線貨運電力機車，單機功率 9600KW。目前已生產近千臺，其中鄭州鐵路局鄭州機務段配屬了130臺，自投入運用以來，主斷路器（簡稱HVB）故障已成為HXD1B型機車機破和臨修的重要原因，嚴重影響機車安全運行。

二、主斷路器概述及工作原理

HXD1B型電力機車裝有一臺真空主斷路器，安裝在機車車頂部，用于開斷、接通機車 25kV 主電路，同時用作機車過載、短路和接地保護。主斷路器結構如圖 1 所示，由上部高壓、中間絕緣和下部控制三部分組成。

圖 1 主斷路器結構圖

1—底板；2—插座連接器；3—110V 控制單元；4—輔助觸頭；5—肘節機構；6—保持線圈；7—風缸；8—電磁閥；9—調壓閥；10—儲風缸；11—垂直絕緣子；12—絕緣操縱桿；13—傳動頭組裝；14—高壓連接端（HV1） 15—水平絕緣子；；16—真空開關管組裝；17—高壓連接端（HV2）

2.1合閘原理

只有滿足如下條件，主斷路器才能閉合：

圖 2 主斷路器處于開斷狀態

（1）主斷路器必須是斷開的。（2）必須有充足的氣壓。（3）必須使保持線圈得電。

主斷路器合閘過程：將主斷路器扳鍵開關置“合”位，電磁閥得電，氣路打開；壓縮空氣由儲風缸通過電磁閥流入傳動風缸，推動活塞向上運動；主動觸頭隨著活塞的移動而運動；恢復彈簧壓縮；主觸頭閉合；觸頭壓力彈簧壓縮；活塞到達行程末端；保持線圈在保持位置得電；電磁閥失電；壓力氣缸內的空氣排出，合閘過程結束。

圖 3 主觸頭閉合

2.2分閘原理

主斷路器分閘過程：在任何情況下，只要控制電源失電或主斷路器扳鍵開關置“分”位時，斷路器就會斷開。具體分閘過程如下：保持線圈失電；活塞在彈簧力作用下（恢復彈簧、肘節機構等）移動；主觸頭打開，真空開關管滅弧；行程結束，活塞緩沖；分閘過程結束。

三、主斷路器故障典型案例分析

主斷路器故障主要發生在機車過分相后。牽引控制系統要求機車通過了分相區后，CCU在一個指令周期內，如果能正確檢測到網壓，網壓能從正常值下降到0再升高到正常值（17.5～31 kV），在過完分相區后，給出主斷路器的合閘命令。但是在一個指令周期內，如果不能正確檢測到網壓，系統就忽略自動過分相，發生既不合閘也不報故障的現象。造成主斷路器閉合故障的原因有主斷路器本身質量缺陷和相關控制邏輯、線路接點的原因，也有主變流系統及保護系統等方面的原因，下面對幾起典型故障案例進行分析。

3.1 主斷路器閉合故障分析

故障現象（一）：2013年4月19日HXD1B 0441機車突然跳主斷，微機故障顯示“主逆1 的4QC 暫時故障”和“主逆2 的信號單元4QC 暫時故障”，重新閉合主斷，合上就跳，造成HXD1B 0441機破事故一件。

故障分析：技術人員對故障現象進行了分析：真空主斷路器可以動作閉合，說明外部控制電路是能夠提供正常的電壓讓電磁閥得電吸合，在主斷路器閉合瞬間，主斷路器控制板延時繼電器立刻切斷電磁閥電路，同時接通保持線圈供電通路，讓保持線圈的電磁力維持主斷路器主觸頭在閉合位。但是不能保持閉合狀態，說明保持線圈沒有得電，因此初步分析110V 控制單元上保持線圈回路有部件損壞或線路斷開，并進行了針對性試驗，經過檢查發現主斷控制板上R18、R18電阻燒損，該電阻串聯在保持線圈回路內，電阻的燒損會導致真空斷路器保持線圈回路不能得電，因此線圈失去保持效果，造成瞬間閉合后斷開的故障。

故障現象（二）：2012年3月15日HXD1B 0223機車，司機操縱主斷路器扳健，主斷路器電磁閥無得電吸合聲，主斷路器不能閉合，造成HXD1B 0223機破事故一件。

故障分析：機車回段后，檢修人員對主斷路器進行了解體，由技術人員檢查、分析后發現主斷路器合閘電磁閥線圈內部短路，電磁閥接觸不良，不能動作，導致氣路不能打開，壓縮空氣不能通過電磁閥流入傳動氣缸，導致主斷路器不能閉合，更換電磁閥后，故障消失。

故障現象（三）：2013年年6月8日HXD1B 0438機車，司機操縱主斷路器扳健，主斷路器電磁閥有得電吸合聲，主斷路器無法閉合，造成HXD1B 0438機車機破事故一件。

故障分析：經技術人員對主斷路器工作原理進行分析并針對故障現象得出結論：在規定的氣壓條件下，主斷路器電磁閥有吸合聲，表示主斷路器外部控制電路良好，并且電磁閥線圈也能得電吸合，能夠將控制電壓正常送到主斷路器電磁閥。進一步檢查后發現，電磁閥線圈得電吸合后，電磁閥供氣口不能打開，導致壓縮空氣不能流入傳動風缸，造成主斷路器閉合故障，更換電磁閥后故障得到解決。

四、結束語

主斷路器故障的根本原因是其本身質量不高，在運用中，要加強檢查，排除隱患，減少機車故障率。

參考文獻

[1]張曙光.HXD1B型電力機車[M].中國鐵道出版社，2009.

[2]中國南車集團株洲電力機車有限公司.HXD1B 型交流傳動電力機車維修手冊[K].株洲：中國南車集團株洲電力機車有限公司，2009.

（作者單位：鄭州鐵路局鄭州機務段）