FXD3-J型動力車雙主斷路器氣路冗余故障分析及優化措施研究

劉蓉

（中國鐵路成都局集團有限公司成都機務段，四川 成都 610000）

FXD3-J型動力車是CR200J型動力集中動車組中負責輸出牽引力的部分，該型動力車是在HXD3G型電力機車技術平臺上研制的新一代產品，其設計思路借鑒了HXD3系列客運電力機車的應用經驗，整體按照模塊化、標準化、信息化、智能化以及可擴展升級的方向進行設計與制造。該型車在網側主回路上采用了雙受電弓和雙主斷路器冗余設計，雙套設備提高了動力車在線上運行的可靠性。但該動力車的雙主斷路器冗余功能在氣路方面存在不足。

1 故障案例介紹

2020年2月28日，DJ7859次動車組在廣安南站始發時因動力車（FXD3J-0042）受電弓不能升起被迫請求救援，造成鐵路一般D21事故。動車組回庫后檢查，發現在使用輔助壓縮機給升弓風缸泵風時，風缸風壓最高只能到400kPa左右，無法達到受電弓最低升弓風壓480kPa，最終造成受電弓因升弓風缸壓力不足而無法升起。

經過進一步的排查，發現動力車的一臺主斷路器存在漏風故障，導致升弓風缸的風通過故障主斷路器漏泄掉，造成風缸風壓一直升不上去。關閉主斷路器隔離塞門切斷主斷路器支路后，啟動輔助壓縮機給升弓風缸泵風，風缸風壓快速上升，最終達到輔助壓縮機自動停止的壓力值735kPa，輔助壓縮機停止后，給升弓命令受電弓能正常升起，但因主斷路器隔離塞門處于關閉狀態，動力車兩臺主斷路器的供風氣路同時被切斷，主斷無法閉合，動力車還是不能正常運行。

本案例暴露出FXD3-J型動力車兩臺真空主斷路器中任意一臺一旦發生漏風故障，則會直接導致動力車停止工作，將嚴重影響旅客出行體驗。

2 22CBDP2型真空主斷路器介紹及工作原理

2.1 22CBDP2型真空主斷路器介紹

主斷路器是動力車網側高壓電路中的重要部件，是網側高壓電路與接觸網高壓電之間的總開關，在動力車受電弓升起后，負責連通和關斷接觸網高壓電，也是動力車上最重要的保護設備。當動力車發生嚴重電氣故障時，主斷路器能快速切斷動力車與接觸網的供電連接，從而實現保護功能。FXD3-J型動力車在機械間網側柜內裝有兩臺22CBDP2型真空主斷路器，如圖1所示。該型主斷路器以真空作為絕緣和滅弧介質，利用真空狀態下的高絕緣強度和電弧擴散能力形成的去游離作用進行滅弧，主要由調壓閥、儲氣缸、電磁閥、壓力開關、轉換閥、驅動風缸、恢復彈簧、絕緣驅動桿、真空包、動靜觸頭等部件組成。其結構特點為：單斷口直立式，直動式氣缸傳動，電空控制，適用于干線交流25kV各類型電力機車。其額定電壓為30kV，額定電流為1000A，工作氣壓為450～1000kPa，控制電壓為110V。

圖1 22CBDP2型真空主斷路器

2.2 22CBDP2型主斷路器工作原理

22CBDP2型主斷路器工作原理見圖2。升弓風缸的壓縮空氣先經過主斷路器的調壓閥后進入儲氣缸內。閉合主斷路器時，電磁閥線圈得電產生電磁力，打開電磁閥內部氣路，儲氣缸中的壓縮空氣一路經電磁閥進入轉換閥控制腔，打開轉換閥，導通儲氣缸與驅動風缸間的氣路，另一路通過轉換閥送入主斷路器驅動風缸，推動活塞壓縮恢復彈簧直到主觸頭連接并壓緊，動力車高壓電路接通。斷開主斷路器時，電磁閥線圈失電，電磁閥和轉換閥均在彈簧自身恢復力作用下復位，將驅動風缸與大氣連通，風缸內的壓縮空氣通過轉換閥和電磁閥排向大氣，恢復彈簧恢復力使活塞回到底部位置，主觸頭斷開，斷路器分斷。

圖2 22CBDP1型真空主斷路器工作原理

根據主斷路器的工作原理可知，如果調壓閥、儲氣缸和電磁閥任一部件發生故障時均有可能造成主斷路器漏風故障。

3 FXD3-J型動力車主斷路器氣路分析

FXD3-J型動力車主斷路器氣路原理圖如圖3所示，升弓風缸內存儲的壓縮空氣經過升弓風缸隔離塞門.13后分為兩路，其中一路壓縮空氣經過主斷截斷塞門.14后直接到兩臺主斷路器，另一路壓縮空氣經受電弓隔離塞門U99后到兩臺受電弓。從圖3可知，兩臺主斷路器是并聯在一起的，兩者之間未設獨立的隔離塞門，如果一臺主斷路器發生漏風故障，則不能單獨切除，當動力車的其任一主斷路器發生漏風故障時就無法實現雙主斷路器冗余功能，因此雙主斷路器的供風氣路設計存在不足。

圖3 FXD3-J型動力車主斷路器氣路原理圖

4 改進措施

通過前文分析可知，FXD3-J型動力車雙套主斷路器冗余功能存在不足的原因是在氣路上不能實現兩臺主斷路器單獨隔離的功能。據此，可在兩臺主斷路器氣路的前端分別增加一個隔離塞門即可，改進后的氣路圖如圖4所示。

圖4 改進后FXD3-J型動力車主斷路器氣路原理圖

5 結語

通過對FXD3-J型動力車主空斷路器氣路原理圖進行分析，指出了雙主斷路器氣路存在冗余故障。結合故障案例從FXD3-J型動力車雙主空斷路器冗余功能出發，對雙主斷路器氣路提出優化措施。通過優化，成功解決了雙主斷路器氣路冗余故障，使兩臺主斷路器在電路和氣路上都能單獨隔離，真正實現了雙主斷路器的冗余功能，進一步提高了動車組運用質量的穩定性。