吳勝權(quán)

[摘要] 詳細分析了SS3型機車主斷路器主要故障現(xiàn)象及其原因，并從材料結(jié)構(gòu)、制造工藝、力學(xué)性能及檢修保養(yǎng)方面提出了防治措施。

[關(guān)鍵詞] 電力機車 主斷路器 故障 措施

1 問題提出

隨著機務(wù)生產(chǎn)力布局的調(diào)整，福州機務(wù)段由原福州、邵武、永安、漳平4個機務(wù)段重新組建。配屬我段的SS3型電力機車有TDZ1-200/25，TDZ1A-10/25等多種型號的主斷路器，是安裝于車頂?shù)囊粋€重要高壓部件，直接擔(dān)負著機車與接觸網(wǎng)之間高壓電的引入、退出及機車保護等重要作用。自投入使用以來，主斷路器發(fā)生了主閥卡位、漏風(fēng)，瓷瓶炸裂以及傳動機構(gòu)失效等各種各樣的故障，常常引起較為嚴(yán)重的后果，甚至導(dǎo)致機破，影響正常的運輸安全生產(chǎn)。根據(jù)這一情況，我段在多年來主斷路器的運用、檢修過程中不斷摸索，嘗試過一些技術(shù)改造，積累了一定的經(jīng)驗，并制定了專門的檢修要點和使用保養(yǎng)措施，取得了良好的效果。

2 故障分析

2.1 主閥卡位、漏風(fēng)

主要是指由于主閥活塞發(fā)生膨脹、偏磨、扭曲、變形或異物等原因，使主閥活塞卡在主閥體內(nèi)某一位置，主閥不能正常關(guān)閉主斷路器儲風(fēng)缸通往滅弧室的壓縮空氣，導(dǎo)致漏風(fēng)。其主要原因是：

2.1.1活塞強度和剛性偏小、熱膨脹系數(shù)較大。對卡位的活塞進行認真細致地測量，并與廠家提供的尺寸和未使用過的活塞進行對比，發(fā)現(xiàn)活塞有不同程度的扭曲、變形，因此說明活塞強度和剛性偏小。活塞采用黃銅加工，熱膨脹系數(shù)較大，在反復(fù)交變推力的作用下易發(fā)熱膨脹，造成卡位。

2.1.2活塞與主閥體配合尺寸不當(dāng)。對料庫備品未使用過的主閥體、活塞進行測量、統(tǒng)計、分析，將主閥體、活塞按公差范圍分為A、B兩組。A組：主閥體Ф70 mm +0.015+0 ，活塞Ф70 mm -0.095-0.11，間隙max=0.015-(-0.11)=0.125mm，間隙min=0-(-0.095)=0.095mm。B組：主閥體Ф70 mm +0.03+0.015 ，活塞Ф70 mm -0.08-0.095，間隙max=0.03-(-0.095)=0.125mm，間隙min=0.015-(-0.08)=0.095mm。在A、B組內(nèi)選配，能使活塞與主閥體間隙保證在0.095-0.125mm之間，比較合適。同時對部分機車上的主閥體、活塞進行測量，發(fā)現(xiàn)有A、B組混合裝配現(xiàn)象，則間隙min=0-(-0.08)=0.08mm，比標(biāo)準(zhǔn)小0.015mm，間隙max=0.03-(-0.11)=0.14mm，比標(biāo)準(zhǔn)大0.015mm。這將導(dǎo)致主閥體與活塞間隙過小或過大。間隙過小時，主閥體對活塞的磨擦阻力過大，易造成分斷時閥桿動作的卡滯。間隙過大時，易造成活塞的回風(fēng)。

2.1.3 O形橡膠密封圈失效或組裝不當(dāng)漏風(fēng)。O形橡膠密封圈主要是防止壓縮空氣與外界相通，一旦由于組裝不當(dāng)或受交變推力反復(fù)移動造成磨損，使得密封不良，壓縮空氣便通過O形圈從主閥體上的透氣孔排出大氣，嚴(yán)重時溝通主風(fēng)道，壓縮空氣吹開動觸頭從滅弧瓷瓶外罩處漏出。

2.2 瓷瓶炸裂

主斷路器瓷瓶炸裂是多發(fā)故障，部位較廣，主要有滅弧室瓷瓶、非線性電阻瓷瓶及支持瓷瓶等。該故障發(fā)生的主要原因有：

2.2.1瓷瓶材質(zhì)不良。材質(zhì)不良包括瓷瓶具有冷脆性、熱脹性、表面易發(fā)生爬電和機械強度低。在冬天氣溫低或夏天太陽曝曬的情況下更為明顯。當(dāng)主斷路器動靜觸頭開斷時，滅弧室瓷瓶在壓縮空氣機械力和動觸頭裝置重力共同作用下，極易造成斷損。

2.2.2瓷瓶外部臟污。主斷路器瓷瓶主要起到主斷路器與車體間25kV高壓的絕緣作用，若主斷路器瓷瓶表面臟污，特別是在潮濕天氣，易發(fā)生瓷瓶表面對車體放電、爬電閃絡(luò)，從而燒損瓷瓶表面釉層，降低甚至破壞瓷瓶的絕緣性能。

2.2.3壓縮空氣干燥度、清潔度低。當(dāng)主斷路器分斷時，在滅弧室觸頭噴口處形成一股高速壓縮空氣流，使動、靜觸頭分離，同時對產(chǎn)生的電弧進行強烈的氣吹和冷卻，迫使電弧在電流過零時熄滅，從而實現(xiàn)電路的可靠分斷。如果機車空氣干燥器不良，儲風(fēng)缸內(nèi)經(jīng)塞門進入滅弧室的壓縮空氣量不夠，或未對主斷路器及時排水，均會造成壓縮空氣潮濕或臟污，而潮濕臟污的壓縮空氣又會造成滅弧室瓷瓶和支持瓷瓶內(nèi)部絕緣強度降低，特別是動、靜觸頭斷口處，電弧熄滅困難或重擊穿，沿瓷瓶內(nèi)壁面拉弧放電，長時間燃弧使得壓縮空氣中的水分分解成氫、氧等氣體，體積迅速膨脹，造成滅弧室瓷瓶和支持瓷瓶的炸裂。

2.2.4動觸頭復(fù)原彈簧卡滯、折斷或動觸頭與動觸頭座分離。由于主斷路器頻繁開合動作，動觸頭復(fù)原彈簧和動觸頭花鍵過盈配合在高溫與常溫相交替的惡劣環(huán)境中承受著頻繁的沖擊載荷，復(fù)原彈簧極易產(chǎn)生疲勞變形卡滯甚至折斷，花鍵過盈配合容易受到破壞使得動觸頭與動觸頭座分離，從而使動、靜觸頭之間的接觸壓力減小，分斷開距減小，滅弧困難，燃弧時間延長造成主觸頭燒損，嚴(yán)重時會引起滅弧室瓷瓶炸裂。

2.2.5非線性電阻性能變化。非線性電阻能夠抑制截流過電壓和降低恢復(fù)電壓的上升速度及幅值，如果非線性電阻因吸潮或某種原因長時間承受電壓，通過電流，其性能極易發(fā)生變化，導(dǎo)致高壓大電流流經(jīng)非線性電阻，電阻嚴(yán)重過熱而爆炸。其性能變化還會降低主斷路器的分斷能力，產(chǎn)生大電弧，嚴(yán)重時會造成瓷瓶炸裂。

2.3 傳動機構(gòu)失效

當(dāng)主斷路器得到分斷或閉合信號，壓縮空氣進入傳動氣缸，主活塞推動傳動杠桿轉(zhuǎn)動，控制軸在切向力的作用下轉(zhuǎn)動，從而帶動隔離開關(guān)進行分斷或閉合。當(dāng)隔離開關(guān)分斷或閉合即將到位時，緩沖風(fēng)缸空氣受到壓縮產(chǎn)生阻力減緩主活塞運動速度，使隔離開關(guān)緩慢運行到位，減小沖擊力。造成傳動機構(gòu)失效的主要原因有：

2.3.1隔離開關(guān)觸指超程。在隔離開關(guān)動作過程中，由于隔離開關(guān)和轉(zhuǎn)動瓷瓶均有一定質(zhì)量，在瞬間制停到位時，必然產(chǎn)生很大的慣性沖擊，這種慣性沖擊依靠傳動氣缸的緩沖性能得到有效控制。在長期交變切向力的作用下，轉(zhuǎn)動瓷瓶安裝螺絲逐漸松動，控制軸的鍵與軸、銷與軸及傳動氣缸連桿銷和十字頭銷的磨耗也逐漸加快加大，傳動氣缸的緩沖性能不良進一步惡化了這種松動和磨耗，軸與瓷瓶等配合處開始出現(xiàn)間隙，產(chǎn)生相對運動，最終導(dǎo)致隔離開關(guān)觸指超程。

2.3.2控制軸松曠、斷裂。傳動氣缸緩沖不良必將造成隔離開關(guān)動作時產(chǎn)生很大的沖擊，使控制軸的鍵與軸、銷與軸之間磨耗加快，最終導(dǎo)致控制軸的松曠甚至斷裂，隔離開關(guān)觸指超程就是斷裂的前奏。對斷裂的控制軸分解檢查發(fā)現(xiàn)都是斷在φ25 mm與φ28 mm的階梯過渡處，剛好是應(yīng)力集中的地方。主要原因有：

（1）控制軸未按設(shè)計工藝加工。設(shè)計圖紙在φ25 mm與φ28 mm階梯處有R＝1 mm的過渡圓弧，而實際上沒有加工或沒有加工好，導(dǎo)致應(yīng)力集中。

（2）傳動氣缸緩沖不良。隔離開關(guān)在動作時產(chǎn)生非正常沖擊力導(dǎo)致控制軸應(yīng)力集中，加劇了疲勞斷裂。

（3）隔離開關(guān)觸指超程后會沖擊凸臺，而沖擊凸臺又會加劇傳動機構(gòu)配合零件的磨耗，形成惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致控制軸斷裂。

2.3.3傳動機構(gòu)卡滯。如果傳動風(fēng)缸活塞與缸體的間隙偏小和滑動面潤滑不良等，將會造成傳動氣缸內(nèi)活塞與缸體間滑動不靈活，活塞行程偏小，使得隔離開關(guān)無法閉合到位。

3 防治措施

3.1 主閥卡位、漏風(fēng)的防治

① 將活塞材料由黃銅改為合金，增加強度和剛性，減少熱膨脹。② 更改活塞結(jié)構(gòu)設(shè)計。將活塞底部厚度加大到5mm，并采用圓弧過渡，減少應(yīng)力集中，從而增加剛性。③ 對活塞與主閥體在A、B組內(nèi)進行重新選配，保證間隙符合0.095～0.125mm標(biāo)準(zhǔn)。④ 定期更換O形橡膠密封圈，并控制好O形圈的夾緊力。

3.2 瓷瓶炸裂的防治

3.2.1 在主斷路器各瓷瓶上涂防閃絡(luò)涂料，定期擦拭清洗并注意保持清潔。

3.2.2 規(guī)定乘務(wù)員每班須對主斷路器儲風(fēng)缸排水。分、合主斷時，按主斷分、合按鈕時間不少于2秒。

3.2.3 定期檢查機車空氣干燥器狀態(tài)，干燥劑變色達1/2更換，必要時對機車空氣管路進行吹掃，保證壓縮空氣干燥、清潔。

3.2.4 定期打開滅弧室檢查復(fù)原彈簧、通風(fēng)濾網(wǎng)、動靜觸頭及其花鍵連接等內(nèi)部零件狀態(tài)，測量有關(guān)參數(shù)，必要時更換。主斷路器下車檢修時應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行檢修工藝，確保各項性能符合技術(shù)要求。

3.2.5 定期測量非線性電阻阻值，檢查其狀態(tài)，必要時對非線性電阻干燥劑進行烘干處理，變色達1/2更換，組裝時保證密封。

3.3 傳動機構(gòu)失效的防治

3.3.1 定期檢查隔離開關(guān)觸指是否有超程，一旦有超程就要引起足夠的重視并進行記錄跟蹤。并規(guī)定閉合到位后，動觸頭距靜觸頭凸臺距離必須大于15mm。

3.3.2 定期檢查傳動機構(gòu)各軸、銷等零件的狀態(tài)，及時潤滑給油，減少非正常磨耗，發(fā)現(xiàn)不良處所及時處理，磨耗到限的均要更換。

3.3.3 對控制軸進行壽命管理，在新更換的控制軸上打上年月標(biāo)記，3年后必須更換。建議制作控制軸探傷試塊，對隔離開關(guān)觸指超程的控制軸進行超聲波探傷。

3.3.4 定期分解傳動氣缸，檢查連桿銷、十字頭銷、活塞、缸體、M8孔等，保證其緩沖性能良好。

4 防治效果

通過采取以上一系列技術(shù)改造、改進檢修工藝和規(guī)范使用保養(yǎng)等有效的防治措施，我段SS3型機車主斷路器頻發(fā)的各類故障得到有效的控制，故障率明顯降低。我段在主斷路器修、管、用方面已總結(jié)了一些成功的經(jīng)驗和好的做法，取得了良好的效果。以上防治措施中的建議正在逐步實施，期待我段主斷路器質(zhì)量進一步有序可控。

參考文獻：

[1] 劉友梅. 韶山3型4000系電力機車[M]. 北京: 中國鐵道出版社, 2000.

[2] 張有松, 朱龍駒. 韶山4型電力機車[M]. 北京: 中國鐵道出版社, 1998.