王新磊 上海鐵路局上海動車客車段

1 討論背景

自2010年至今，CRH1E型動車組在上海鐵路局運營已經(jīng)有三年多的時間，在此期間發(fā)生過各種不同類型的故障，其中有相當多的一部分為主斷路器方面的故障。比如：主斷路器不能正常斷開，主斷路器不能正常閉合,主斷路器供風電磁閥損壞，主斷路器內(nèi)部控制板損壞等。通過對主斷路器故障的跟蹤分析，統(tǒng)計上海鐵路局南翔動車所CRH1E型動車組主斷路器故障發(fā)生的數(shù)量如表1所示。

表1 上海鐵路局南翔動車所CRH1E型動車組主斷路器故障發(fā)生統(tǒng)計表

分析目前已經(jīng)發(fā)生的主斷路器故障，其中主斷路器不能正常斷開的故障占較大比例，比較典型的一個故障案例是：2012年4月11日，上海動車客車段南翔動車所CRH1064E擔當D314次（上海-北京南）交路，00車為主控端。當日5：52，IDU 報“05車 LCBT 不按指令打開（故障代碼：3400）”，12車受電弓自動降下，后續(xù)列車以丟失一個動力單元，限速200km/h運行，在一定程度上影響了動車組的正常運行。事后分析其原因，發(fā)現(xiàn)05車LCBT打開后輔助觸點動作異常，依然處于接通狀態(tài)，導致系統(tǒng)無法收到主斷打開的指令。

2 故障影響

因主斷路器是動車組所有供電的總開關(guān)，在發(fā)生主斷路器不能正常斷開的現(xiàn)象后，將直接影響動車組運行功率輸出。在動車組運行過程中，損失一個主斷路器，將失去2個牽引單元，即百分之二十的牽引動力，列車無法運行在額定功率運行，將限速240km/h運行。具體限速見表2（16編組CRH1E型動車組通過6個主斷路器（LCBT）連接10個動力車）。

表2 牽引限速表

3 故障分析

3.1 主斷路器結(jié)構(gòu)

CRH1E動車組主斷路器是由電磁閥控制傳動氣缸的開閉，以此推動主開關(guān)的閉合，帶動肘節(jié)機構(gòu)的動作，并通過輔助開關(guān)來反映主斷路器的狀態(tài)。由于其特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，起到弱點控制強電的功能，因此其不僅對電氣絕緣隔離要求較高，對機械強度的要求亦非常高，具體結(jié)構(gòu)如圖1、圖2、圖3所示。

圖1 主斷路器

圖2 主斷路器內(nèi)部側(cè)視圖

圖3 主斷路器內(nèi)部正視圖

表3 主斷路器相關(guān)配件說明

3.2 主斷路器工作原理分析

CRH1E型主斷路器由一個主觸點帶動輔助觸點構(gòu)成，主觸點的動作通過電磁閥的開閉控制氣室的開閉來推動，輔助觸點的動作反映了主觸點的狀態(tài)（如圖4），并以電信號形式傳送給TCMS（列車控制管理系統(tǒng)），從而列車確認該主斷路器的狀態(tài)。

從圖4、圖5中看出，主斷路器的輔助觸點在A4與C4之間來回擺動，其狀態(tài)分別為閉合、斷開狀態(tài)，該信號通過317206線供給DX33（輸入輸出采樣模塊）的1號管腳，經(jīng)TCMS確認主斷路器的狀態(tài)。

圖4 主斷路器觸點信號

圖5 輔助觸點反饋信號線

3.3 主斷路器側(cè)板肘節(jié)機構(gòu)設(shè)計問題

通過對多起故障主斷路器的分解剖析，發(fā)現(xiàn)主斷路器側(cè)板肘節(jié)機構(gòu)斷裂是造成主斷路器不按指令打開的重要因素。

主斷路器側(cè)板肘節(jié)機構(gòu)在主斷動作過程中起動傳遞主斷路器的動作狀態(tài)，并通過肘節(jié)機構(gòu)傳遞給主斷路器的輔助觸點，在主斷路器的動作中起到反饋信號作用。因其肘節(jié)機構(gòu)在頻繁的動作之后存在斷裂等現(xiàn)象，以至于導致主斷路器不能正確傳遞現(xiàn)有的動作狀態(tài)，TCMS即是認為該主斷路器存在故障。通過現(xiàn)有故障來看，肘節(jié)機構(gòu)一般在主斷路器閉合時受力，因此在閉合時容易斷裂，在斷裂后不能正常復位，不能將主斷路器已經(jīng)斷開的反饋信號及時傳遞給輔助觸點，即是TCMS認為該主斷路器存在故障，動車組將以主斷不按指令打開（故障代碼：3201）故障代碼報出，隨即受電弓自動降弓并封鎖，造成動車組丟失動力單元。

圖6 主斷路器內(nèi)部拆解圖

圖7 易斷裂的側(cè)板肘節(jié)機構(gòu)

3.4 主斷路器故障解決措施及改造方案實施

經(jīng)拆解故障主斷路器發(fā)現(xiàn)，該主斷路器側(cè)板肘節(jié)機構(gòu)材質(zhì)為鋁合金，其結(jié)構(gòu)強度不夠，在主斷路器閉合受力時及頻發(fā)動作過程中，易造成材料疲勞裂紋，最終導致肘節(jié)機構(gòu)斷裂。

為了防止該類事件的發(fā)生，現(xiàn)提出更改主斷路器肘節(jié)機構(gòu)材質(zhì)的方案解決該故障隱患，由原來的鋁合金材質(zhì)更換成碳素鋼。經(jīng)技術(shù)改造后的主斷路器在CRH1064E動車組上做了實驗，實驗狀態(tài)良好，現(xiàn)已進行了批量整改。

4 主斷路器故障應急故障處理方案的改良

在主斷路器已經(jīng)發(fā)生的故障中，主斷路器不按指令打開（故障代碼：3200）是影響較大的一個故障，而主斷路器不按指令閉合（故障代碼：3201）影響較小。從實際情況看，如果TP車（帶有受電弓的車）發(fā)生主斷路器不按指令打開故障，為了保護與該主斷路器相連其他高壓設(shè)備安全，TCMS將立即封鎖與這個主斷路器相連的其他高壓設(shè)備，包括受電弓、通往其他車的線斷路器（LCBB），將影響兩個單元的動力輸出，丟失3個動力車運行。而主斷路器不按指令閉合（故障代碼：3201）只影響故障主斷路器控制的動力輸出，不會封鎖受電弓及影響其他主斷路器的閉合。當主斷路器發(fā)生不按指令打開時，可能是由于主斷路器內(nèi)部輔助觸點沒有收到主斷路器打開信號或主斷路器主觸點未斷開。

基于以上分析，這里提出將故障主斷路器的負載切除條件下，將主斷路器不按指令打開（故障代碼：3200）轉(zhuǎn)化為主斷路器不按指令閉合（故障代碼：3201），將故障發(fā)生后造成的影響降至最低。具體可在切除主斷路器下屬負載（牽引變流器）后，使用跳線筆將主斷路器閉合信號挑開，具體為圖5中的P3.K2.T.X21插線排1點的317201A線，以保證上線動車組在發(fā)生該類故障后對動車組正常運行的影響降至最小。