南非20E機車主斷環路分析及故障處理

(中車株洲電力機車有限公司，湖南 株洲 412000)

0 引言

南非20E型電力機車為首批出口至南非的電力機車，為了滿足南非本地的鐵路網壓的要求，該型機車采用交流25 kV和直流3 kV兩種供電制式，其中10臺為原裝進口，85臺在南非TE公司生產組裝，目前該車型已投入現場運用。

1 故障現象

配屬南非金伯利機務段機車E20042機車庫內試驗時報TCU1分主斷，交流主斷環斷開(TCU AC Side HV breaker loop cutout)，復位無效。

2 處理過程

機車在25 kV交流網壓下，升弓后報 “TCU1 opened VCB/HSCB，TCU AC Side HV breaker loop cutout”。

機車回段，復位無效，隔離TCU1，實驗正常；僅投入TCU1進行高壓實驗，故障再現，更換TCU1六極隔離開關的控制盒后故障依舊，下載TCU1數據分析發現，TCU在低壓下檢測到主斷常開通道信號異常，測量PCC1邊插X1插頭的X1：5點為高電平，進一步檢查發現主斷內部TCU1主斷狀態反饋的輔助觸頭卡合導致常開觸點處于閉合狀態，更換此組故障觸點后正常。

3 故障原因分析

為了查清故障原因，首先要了解南非20E機車雙流制模式的控制邏輯。

3.1 網壓檢測原理介紹

機車網壓由原邊電壓互感器采集到交流網壓信號送給TCU；AC/DC網壓檢測裝置采集交流或直流網壓信號送給AXM模塊，并將采集到的供電模式送給TCU、CCU，從而確認機車現在處于何種工況。

圖1 網壓檢測流程圖

3.2 25 kV交流模式

當機車處于交流供電模式下(見圖1)，在升弓條件滿足升弓后，AC/DC網壓檢測裝置采集交流網壓信號送給AXM模塊，并將供電模式送給TCU、CCU，從而確認機車現在處于交流網壓區；25 kV網壓由原邊電壓互感器采集到交流網壓信號送給TCU，TCU根據交流網壓信號確認內部的6極電動隔離開關處于交流位，機車自動合交流主斷路器=11-Q04。

如圖2所示，交流模式的主斷環硬線回路通道為：110 V+經21-F01開關，主、副緊急按鈕，主變壓器布赫開關，受電弓隔離塞門，機車模式開關，交直流轉換開關AC位；經TCU將高電平輸出到E37_16通道(TCU后主斷環AC回路閉合)A34_07、A33_07為TCU隔離時提供旁路。CCU在正常情況下閉合A31_01或A32_01(主斷允許通道)，21-K08中繼閉合，機車閉合A32_01或A32_02(主斷合通道)，21-K09中繼閉合，當=21-K08、K09皆閉合后，交流主斷=11-Q04得電閉合。

圖2 交流主斷環路

3.3 3 kV直流模式

當機車處于直流供電制式下，AC/DC網壓檢測裝置采集直流網壓信號送給AXM模塊，并將采集到的直流供電模式送給TCU、CCU，從而確認機車現在處于直流網壓區；升弓條件滿足司機給升弓命令，網壓檢測裝置采集到直流網壓信號送給TCU，TCU確認內部的6極電動隔離開關處于直流位；主斷合條件滿足后自動合直流主斷11-Q06。如圖3所示，直流主斷環回路通道為：110 V+經21-F01開關，主、副緊急按鈕，主變壓器布赫開關，受電弓隔離塞門，機車模式開關，交直流轉換開關DC位；經TCU將高電平輸出到E38_16通道(TCU后主斷環DC回路閉合)A34_08、A33_08為TCU隔離時提供旁路。CCU在正常情況下閉合A31_03或A32_03(直流主斷合預備通道)，21-K102中繼閉合，CCU閉合A31_04或A32_04(主斷合通道1)，21-K103中繼閉合，隨后A33_06或A34_06閉合(主斷合通道2)，驅動=21-K105中繼閉合；當=21-K102、K103、K105中繼都閉合后，直流主斷=11-Q06得電閉合。最后21-K105斷開，通過限流電阻(R1、R2、R3、R4)保持閉合。

圖3 直流主斷環路

機車在升弓后無法合主斷，檢查I/O相關節點如下：E36_16交流網壓檢測閉合、E31_06主斷硬線環路閉合、E32_14交直轉換開關在AC位、E37_16 TCU后主斷環未閉合：TCU1檢測到故障A33_07旁路信號未閉合。

測量PCC1邊插X1插頭的X1：5點為高電平，檢查發現主斷插頭17、18點導通，進一步檢查發現TCU1采集的主斷反饋輔助觸頭卡合，更換此組故障觸頭后正常。

該故障的檢測原理為：機車在網壓檢測裝置檢測到交流網壓，交直流轉換開關處在正常位置，主、副緊急按鈕，變壓器布赫繼電器，受電弓隔離塞門等主斷環路正常，機車模式在正常位，交直轉換開關在AC位，TCU在無故障時應輸出高電平到E37_16，然后CCU輸出A31_01或A32_01使21-K08閉合，輸出A31_02或A32_02使21-K09閉合。21-K08、K09皆閉合后，主斷11-Q04得電閉合；故障時刻TCU檢測到異常信號E37_16斷開，從而導致機車無法閉合主斷。

4 結語

由于南非20E雙流制機車采用25 kV和3 kV兩種供電制式，在電路結構上相對其他機車來說更加復雜，對于現場故障的處理，需要結合機車電氣原理圖及相應產品的邏輯結構圖進行分析。本文針對典型故障進行介紹，并結合相關電氣原理圖進行分析，為后續類似問題的解決提供一定的幫助。