HXN5B型機車燃油輸送泵雙電源改造方案

李蘇文

（中國鐵路南昌局集團公司，江西 南昌 330201）

HXN5B型大功率交流傳動調車內燃機車是戚墅堰機車有限公司為解決我國目前各編組站牽引定數不相匹配，解決運力瓶頸而研制的新一代調車內燃機車。向塘機務段配屬的HXN5B型機車自2015年投入運用以來，有力地保障了南昌局集團公司管轄范圍如七里湖等大中型編組站的編組、調車作業，但是隨著運用里程的不斷增加，機車單燃油輸送泵單電源設計的現場適應性差等問題日益突出，僅2019年7—8月份全段因燃油輸送泵組故障共造成4臺機車無法上線運行，較大程度干擾了運輸秩序。文章通過研究HXN5B型機車燃油系統，提出燃油輸送泵組件雙逆變電源改造方案，并進行分析。

1 HXN5B型內燃機車燃油輸送泵組件雙逆變電源改造實施方案

1.1 HXN5B型機車燃油系統分析

燃油系統的作用是向柴油機提供具有一定壓力、流量、溫度及清潔度的燃油，與柴油機內部的燃油系統形成一個完整的循環系統，主要包括燃油輸送泵、燃油粗濾器、燃油加熱器、燃油恒溫閥及管路等部件。燃油依次經過燃油箱、燃油粗濾器、燃油輸送泵（自帶安全閥）、燃油恒溫閥和燃油加熱器，進入柴油機燃油精濾器及柴油機內部燃油管路。

HXN5B型機車燃油輸送泵組件包括1臺容積式泵、1臺交流電動機、1個逆變器、1個安全閥和1個止回閥。當需要燃油輸送泵工作時，由蓄電池向燃油輸送泵電源提供直流電。電源內的逆變器把直流電變成交流電供給電動機，電動機帶動燃油輸送泵運行。燃油輸送泵的燃油額定排量約為57L/min，為避免燃油輸送泵超負荷運行，例如燃油濾清器組件被堵塞，設置內部安全閥，安全閥出廠設定的開啟壓力為900kPa；止回閥安裝在安全閥出口處，以避免通過安全閥和燃油輸送泵產生回流。

通過對4起機車故障燃油輸送泵組的分解檢查，發現故障點均為燃油輸送泵電源內的逆變器燒損，更換逆變器后燃油輸送泵、電機能正常工作。針對燃油輸送泵組逆變器燒損故障，通過對4臺故障HXN5B型機車燃油系統電氣線路、管路回路、止回閥開閉狀態等部件的分解排查，確定故障原因是該型燃油輸送泵逆變電源采用依靠通過泵體的燃油進行冷卻的冷卻方式，當暑期高溫季節時，環境溫度上升機車冷卻性能下降導致燃油工作溫度較高，而機械間燃油輸送泵組件所處環境溫度高達68℃左右，致使燃油輸送泵逆變電源冷卻不足，長時間運行后發生過熱燒損失效現象（見圖1）。

圖1 燃油輸送泵逆變器故障示意圖

針對燃油輸送泵組件故障，本著不改變機車構造、不干擾車上其他電器設備、改造實施方便工作強度低的原則，決定將燃油輸送泵單電源逆變器改造為雙電源逆變器獨立裝置。改造后的雙電源逆變器集控制、驅動、備份于一體，集成了兩套獨立電源及控制系統，一套系統失效，另一套系統會自動投入工作確保穩定性，同時電源逆變器與燃油輸送泵本體分開安裝，將其安裝在冷卻室內，防止逆變器因工作溫度過高導致失效。

1.2 新增燃油輸送泵機組的電氣控制方式

通過對HXN5B型燃油輸送泵電機控制電路的分析，決定保留原燃油輸送泵機組前所有控制電路不變，在電路終端設置燃油輸送泵電源控制盒。將原燃油輸送泵電機組的電源線引入新增電源控制盒，分成兩路并聯（見圖2）。

圖2 燃油輸送泵改造后雙電源示意圖

改造后的燃油輸送泵電源具備雙路電源（A路電源和B路電源）。啟動運行時，A路電源首先啟動工作并自檢，啟動時間約4s，自檢結束后，切換到B路自檢，自檢均正常后由B路輸出。當工作過程中任一路發生故障時，切換到另一路輸出，A、B兩路電源切換的時間應小于4s。燃油輸送泵電源工作狀態顯示模塊分別顯示對應內部兩路電源的工作狀態。工作正常時兩個指示燈長亮，無論哪個燈不亮或閃爍均表示故障。

1.3 燃油輸送泵逆變電源改造位置

HXN5B機車燃油輸送泵安裝在機車支持系統支架上，周圍有機車油水管路、機油熱交換器、啟動機油泵、機油濾清器及相關閥類等多個部件，沒有直接安裝空間，通過對燃油輸送泵電機安裝尺寸進行測量，最終確定將增加的燃油輸送泵電源安裝在固定架上，并將安裝座焊接到冷卻室地板上（見圖3）。

圖3 燃油輸送泵逆變電源改造位置

1.4 燃油輸送泵逆變電源線路改造

（1）使用規格為3/16〞的內六角扳手（英制尺寸）打開燃油輸送泵上蓋；拆除燃油輸送泵電機三相接線螺絲，將上蓋與燃油輸送泵分離。

（2）拆除原74V接線柱，將轉接板進行定位，使用規格為Φ3.3鉆頭打4個安裝孔，孔徑約7mm，然后使用M4規格絲攻工具進行攻絲，用規格M4×12的螺絲予以固定，并拆除原74V電源線。

（3）將燃油輸送泵本體上的三相接線予以延長，規格為4mm2線，連接處要求焊接并絕緣處理（連接處套熱縮管，使用黃臘管包扎），然后在線頭處套上（紅線U，黃線V，藍線W）號碼管。

（4）延長線除從原74V出線口處出線外，再使用規格為Φ7.2鉆頭打一個孔出線，然后使用M8規格絲攻攻絲后安裝防水接頭。

（5）測量確定好適當的延長線長度后，焊上線鼻子，將其固定于轉接板上。

（6）再次使用規格為3/16〞的內六角扳手（英制尺寸）將燃油輸送泵上蓋恢復并緊固處理。

2 改造后實現的燃油輸送泵組保護設置

2.1 欠壓保護

輸入電壓欠壓保護值應為22V（±2.5V），當輸入電壓低于保護值時，此時燃油輸送泵電源應斷開輸出，相應指示燈間隔5s閃爍1次。

2.2 過壓保護

輸入電壓過壓保護值應為90V（±2.5V），當輸入電壓高于保護值時，此時燃油輸送泵電源應斷開輸出，相應指示燈間隔5s閃爍2次。

2.3 短路保護

當輸出任意兩相短路，燃油輸送泵電源應斷開輸出，并切換到另一路輸出，切換的時間應小于4s。相應的指示燈間隔5s閃爍3次并保持故障顯示。

2.4 輸出空載保護

當電源工作中，輸出無電流時，燃油輸送泵電源應斷開輸出，并切換到另一路輸出，相應的指示燈間隔5s閃爍3次并保持故障顯示。

2.5 輸入防接反保護

當輸入電源線正負線接反時，電源將無法啟動，接線恢復正常后電源應能正常工作。

2.6 啟動功能測試

上電啟動運行時，燃油輸送泵電源A路電源啟動工作并自檢，啟動過程約4s，自檢結束后，切換到B路自檢，自檢均正常后由B路輸出（見圖4）。

圖4 安裝后效果圖

3 改造后的檢修維護保養

（1）燃油泵組發生故障時，首先參照電源顯示模塊對應表提示進行檢查排除。如果還不正常工作，應向檢修部門提出報修（見表1）。

表1 燃油泵組故障情況分析

（2）在日常維護時，水、油和其他異物不得落入燃油輸送泵組電氣元件中，以免引起工作異常和故障。

（3）在運行中，如果發現異響，應首先檢查接插頭是否松動。如不能排除，應向檢修部門提出報修。

（4）在存在故障指示狀態下，如果故障未徹底排除，嚴禁頻繁強行啟動燃油泵輸送泵。

4 結束語

上述改造方案已在向塘機務段配屬的HXN5B型機車上進行實施，通過運用試驗，該方案在機車上可安全平穩運行，該方案一方面解決了機車單燃油輸送泵組單電源的設計缺陷問題，提高了HXN5B型機車運用可靠性；另一方面能為美制PARAGON燃油輸送泵國產化檢修研究提供參考，降低機車檢修成本。