HXD2型電力機車10公里切流問題研究

王虎威

（中國鐵路太原局集團有限公司機務部，太原030013）

1 引言

機車上線運行以來，因列車管壓力緩解不充分導致速度10公里以上切除牽引電流問題時有發生，經過研究機車控制管理方式及歷史數據積累，分析故障原因，提出合適的處置方案，減少或避免故障發生，減少對運輸生產的影響。

2 HXD2型電力控制系統機車簡介

2.1 網絡控制系統

HXD2型電力機車控制系統采取微機網絡系統（以一節機車為一個單元），由MPU1和MPU2（主處理單元）2組、RIOM1和RIOM2（遠程輸入輸出模塊）2組、TCU1～TCU4（牽引控制單元）4組、ACU1和ACU2（輔助控制單元）2組、DDU1和DDU2（司機顯示單元）2組、BCU（制動控制單元）1組組成。可分為車輛級通信和列車級通信兩級，對應FIP車輛級通信（FIPV網）、FIP列車級通信（FIPT網）。其中FIP車輛級通信（FIPV網）用于機車單節內部設備之間的信息交換；FIP列車級通信（FIPT網）用于機車兩節間或兩臺重聯連掛的機車之間的信息交換。具體的網絡拓撲結構見圖1所示。

圖1 HXD2型電力機車微機網絡控制系統的網絡拓撲結構圖

2.2 機車速度信號采集與控制

HXD2型電力機車控制系統通過安裝在電機大齒輪端的六通道（V1～V6）速度傳感器采集速度信號，其中V1、V5兩個通道送給本軸TCU（牽引控制單元）,V2～V4分別送給本節車的另外3個TCU（牽引控制單元）。TCU通過速度信號對比，并將速度信號通過FIP網絡傳遞給MPU（主處理單元）進行對比分析，根據實際工況控制機車牽引電機。

2.3 制動系統與列車管壓力信號

HXD2型電力機車采用法維萊制動系統，兩節機車制動系統分別由自動制動控制器、司機自動制動閥、BCU（制動電子控制單元）組成。在正常的操縱時，控制指令→BCU（制動電子控制單元）→司機自動制動閥，從而達到控制均衡風缸壓力的目的。同時，司機自動制動閥內部的列車管壓力傳感器實時反饋列車管壓力，從而幫助進行列車管壓力控制。

2.4 故障統計與危害

2007年至今，太原局HXD2型機車共發生牽引制動控制模式導致速度達到10公里以上切流故障87件，導致設備故障26件。該故障主要表現為司機緩解開車后，由于司機制動閥傳感器飄移、過充等因素導致機車速達到10公里時，切除牽引電流，導致機車損失一節車或整車牽引力，列車無法正常運行。

3 10公里切流故障的原理及發生的原因分析

3.1 10公里切流故障的原理

HXD2型機車是采用阿爾斯通公司技術，受技術封鎖、資料等因素的影響，長期以來對故障產生的機理及控制方式一直沒有掌握。錯誤認為機車列車管壓力低于585kPa，速度達到10公里切除牽引電流。2018年接連發生三起切除牽引電流導致的設備故障，經過組織中車大同電力機車有限公司、阿爾斯通公司、湖東電力機務段技術人員查找資料，對比分析數據，通過研究HXD2型電力機車eTrain軟件故障解釋及控制文件，分析HXD2型電力機車牽引控制與列車管壓力關系發現：當機車在緩解狀態與制動狀態轉換時，BCU通過FIP網絡向主處理單元發送司機制動閥中列車管壓力傳感器緩解前壓力值，MPU記錄減壓前（緩解狀態）最高列車管壓力（A值）。隨著列車管壓力下降，當減壓量大于25kPa時,MPU記錄機車工作模式轉換為制動模式。而機車退出制動模式的條件為列車管壓力（B值）緩解到與A值相差15kPa以內。如果機車減壓后列車管壓力一直沒有緩解到退出制動模式，當速度達到10公里時，機車控制牽引制動模式激活，即認為持續制動工況有牽引指令，出于安全考慮切除牽引電流。

3.2 10公里切流故障的原因分析

經過分析，發現導致10公里切流故障的原因主要有列車管壓力傳感器漂移、機車重聯列車管管壓被過充。

3.2.1 列車管壓力漂移問題

司機制動閥內部傳感器采集列車管壓力信號實時傳送給制動機系統BCU，當列車管壓力傳感器故障或因溫度因素漂移時，可能造成列車管緩解不到定壓，甚至距緩解前壓力差超過15kPa，導致機車處于制動模式無法推出，此時機車已經緩解，但是制動機系統仍認為處于制動模式，司機開車后速度達到10公里，激活牽引制動控制模式，切除牽引電流。

案例1：2018年7月7日，HXD2型37號機車+HXD1型44號機車擔當74304次列車牽引任務，東港站開車出站后機車牽引無流故障停車，退回站內，造成區間設備故障。分析機車數據發現：故障時,TCU1-TCU4均記錄“E0-27-81 ME_ASSTF:Asservissement de la tr au fs”，含義為牽引制動控制激活，即切流故障。查看數據對應變量，查看a_dpcg變量（列車管壓力差）最小為18.8kPa，a_pcg(列車管實時壓力)為578.3kPa。分析為司機制動閥內部列車管傳感器漂移導致無法推出制動模式，更換司機制動閥后機車跟蹤運行良好。

故障數據截圖

3.2.2 因重聯、加掛運行，列車管管壓被過充

由于機車跨局輪乘，涉及與呼和浩特鐵路局、北京鐵路局SS4機車等列車管定壓較高機車混合使用，運用過程中與其他機型加掛，導致HXD2型機車列車管被過充，當本務機車摘除后，機車緩解壓力無法達到過充時壓力相差15kPa以內，即無法退出制動模式，再次開車時速度達到10公里激活牽引制動控制模式，導致切除牽引電流故障。

案例2：2018年9月7日，呼和浩特鐵路局乘務員使用HXD2型3號機車擔當71332次牽引任務，運行到包頭南至包頭間因牽引無流請求救援。分析LKJ（運行監控裝置數據）發現71332次機車在新街—包頭南站間運行時由SS4機車擔當本務，到達包頭南站減壓停車，當時列車管壓力為610kPa。SS4機車摘機后HXD2機車擔任本務機車，緩解到580kPa后，司機減壓進行制動機試驗后再次緩解到590kPa開車。分析機車數據，發現故障時TCU1-TCU4分別記錄“E0-27-81 ME_ASSTF:Asservissement de la tr au fs”列車進入控制牽引制動模式，機車速度上10公里切流。查看a_dpcg變量（列車管壓力差）為18.5kPa，a_pcg(列車管實時壓力)為591.5kPa。從LKJ數據、機車數據綜合分析認為SS4機車給列車管充風到610kPa，減壓停車，機車進入制動模式，HXD2機車擔當本務后按照緩解后壓力差15kPa要求，需要緩解到595才能退出制動模式，所以機車始終處于制動模式，開車后速度達到10公里觸發了牽引制動控制模式。

機車數據截圖

4 10公里切流故障防控措施

4.1 檢修整備車間日常作業中采取的措施

第一，結合春季整修、秋季整修對HXD2型機車列車管壓力傳感器進行周期性校準。同時，在季節性溫差變化較大時，組織進行列車管壓力標定整治，減少列車管壓力傳感器漂移帶來的影響。

第二，機車入段整備時，嚴格進行制動機試驗，重點檢查機車緩解壓力，發現列車管壓力不穩定或存在漂移問題及時處理。

4.2 故障應急處理方法

第一，與跨局輪乘的有關機務段進行溝通協調，加掛的本務機車摘除后，需要斷電對機車系統進行復位，消除管壓過高記錄，退出制動模式。同時，改變機車運用編組方式或調整加掛機車定壓，避免HXD2型機車被加掛機車過充導致切流故障。

第二，若HXD2機車與其他機車加掛運行時，乘務人員注意檢查機車列車管標定壓力不超過605kPa，如果確因其他機車管壓過高存在過充風險時，摘除其他機車后需斷合蓄電池，使控制系統復位，消除系統記憶的緩解前壓力最大值，使機車退出制動模式。

第三，運行中若已經出現速度10km/h以上，牽引無流時，可減壓停車斷合蓄電池進行系統復位并轉換備用制動使用另一節制動機運行。

5 結語

通過牽引制動控制模式控制原理及進入退出牽引制動模式的研究，明確了運用檢修、整備、運用環節的預防卡控措施，有效遏制了列車管壓力傳感器漂移引起的牽引制動控制模式速度超過10公里切除牽引電流故障的發生，有效控制了HXD2機車因加掛運行被過充導致的切除牽引電流故障。但是隨著機車運用時間增長，配件穩定性下降及溫度變化等因素增加了該故障發生的可能。為了保證HXD2型機車正常運行，減少對運輸生產的影響，應結合相關制度合理安排檢修，明確運用中乘務員注意事項及應急處置辦法，降低該故障發生概率、控制故障延時。