王 鍇

（中國鐵路廣州局集團(tuán)有限公司 長沙機(jī)務(wù)段，長沙 410001）

2016年2月，因長沙機(jī)務(wù)段SS8型電力機(jī)車整流柜軟連線燒損，D21機(jī)車發(fā)生故障，干擾了鐵路正常運(yùn)營，造成不良影響。2016年1月，長沙機(jī)務(wù)段值乘外段承修SS8型機(jī)車也發(fā)生了1件同類故障，同時(shí)SS8型電力機(jī)車整流柜軟連線過熱5臺(tái)次，嚴(yán)重危及行車安全，故障如表1所示。

表1 整流柜軟連線燒損故障

本文從理論和實(shí)際檢修情況，對(duì)SS8型機(jī)車整流柜軟連線燒損產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，提出了切實(shí)可行的方案。

1 原因分析

SS8機(jī)車整流柜軟連線與線耳之間采用冷式模壓連接，線耳在規(guī)定的限度內(nèi)壓縮，與軟連線銅芯保持緊密接觸。當(dāng)整流柜軟連線與線耳兩種金屬導(dǎo)體以某種機(jī)械方式互相接觸時(shí)，接觸區(qū)域所呈現(xiàn)的附加電阻稱為接觸電阻。

1.1 軟連線與線耳接觸電阻

接觸電阻Rj由收縮電阻Rs和表面膜電阻Rb兩部分組成。下面分別對(duì)SS8機(jī)車整流柜軟連線、線耳收縮電阻Rs和表面膜電阻Rb進(jìn)行分析。

SS8機(jī)車整流柜軟連線與線耳接觸面如圖1所示。無論用什么工藝切開導(dǎo)體，或切開后對(duì)切面無論用什么工藝實(shí)行精加工，切面表面總是凸凹不平，有宏觀和微觀上的波紋，表面粗糙等。

圖1 SS8整流柜軟連線與線耳接觸面

當(dāng)兩個(gè)接觸面接觸時(shí)，實(shí)際上只有若干個(gè)小塊面積相接觸，而在每塊小面積內(nèi)，又只有若干塊小的突起部分相接觸，稱為接觸點(diǎn)。在接觸點(diǎn)處，金屬的實(shí)際截面積減小。電流在流經(jīng)電接觸區(qū)域時(shí)，從原來截面較大的導(dǎo)體突然轉(zhuǎn)入截面很小的接觸點(diǎn)，電流線發(fā)生劇烈收縮的現(xiàn)象。該現(xiàn)象所呈現(xiàn)的附加電阻稱為收縮電阻Rs。

1.2 計(jì)算電阻

接觸面收縮電阻Rs與材料的電阻率ρ成正比，與材料硬度（HB值）的平方根成正比，與壓力F和接觸點(diǎn)的數(shù)目n的二次方根的乘積成反比，如式（1）所示。

在材料的電阻率ρ、材料硬度（HB值）一定時(shí)，收縮電阻Rs壓力F和接觸點(diǎn)的數(shù)目n的二次方根的乘積成反比。不合格軟連線壓力F和接觸點(diǎn)數(shù)目n均變小，因此不合格軟連線收縮電阻Rs遠(yuǎn)大于合格軟連線收縮電阻，如圖2所示。

圖2 合格軟連線與不合格軟連線的對(duì)比圖

不合格軟連線表面膜電阻，在SS8機(jī)車整流柜軟連線與線耳接觸面上，由于污染而覆蓋著一層導(dǎo)電性很差的物質(zhì)，這就是接觸電阻的另一部分表面膜電阻。表面膜電阻主要分4種類型：塵埃膜、吸附膜、無機(jī)膜和有機(jī)膜。

不合格軟連線由于軟連線與線耳接觸壓力過小，接觸面空隙過大，使得飄揚(yáng)空氣中的團(tuán)狀微粒在靜電的吸力下，覆蓋于接觸面之上形成塵埃膜，水分子和氣體分子更容易在接觸表面形成吸附層。不合格軟連線電接觸材料暴露于空氣中，化學(xué)腐蝕作用在其表面形成各種金屬化合物的無機(jī)膜。綜上所述，不合格軟連線表面膜電阻遠(yuǎn)大于合格軟連線電阻。

結(jié)合以上兩點(diǎn)，不合格軟連線線耳壓接處或緊固面接觸的電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過標(biāo)準(zhǔn)范圍。

1.3 軟連線與線耳接觸部分性能損壞過程

線耳壓接處或緊固面接觸電阻過大，通過電流后接觸連接面會(huì)強(qiáng)烈氧化并產(chǎn)生一層電阻率很高的氧化層薄膜，從而使接觸電阻增加，接觸連接處的溫度值加劇升高。當(dāng)溫度超過一定允許值后，就會(huì)形成惡化循環(huán)，接觸連接處燒紅，松動(dòng)甚至熔化。不合格軟連線燒損流程如圖3所示。

圖3 不合格軟連線燒損流程

1.4 總結(jié)長沙機(jī)務(wù)段發(fā)生SS8機(jī)車軟連線燒損原因

軟連線與線耳接觸電阻過大是造成SS8機(jī)車整流柜燒損故障的主要原因。長沙機(jī)務(wù)段SS8機(jī)車整流柜軟連線壓接不規(guī)范、空隙過大、表面極易氧化，導(dǎo)致收縮電阻與表面膜電阻增大，從而造成接觸電阻過大，具體表現(xiàn)為以下四個(gè)方面。

1.4.1 線耳壓縮比和壓接寬度不夠

線耳壓縮比和壓接寬度不夠，導(dǎo)致銅芯與線耳接觸力和接觸面積過小，接觸電阻變大，而且裝車后會(huì)造成線耳表面在緊固螺絲平墊處凹陷。如果拆卸后再進(jìn)行安裝，會(huì)造成原凹陷面變成空隙，接觸面變小，接觸電阻增大。

1.4.2 線耳內(nèi)徑與銅芯不匹配

線耳內(nèi)徑過大時(shí)，在壓接過程中線耳壓縮不均勻，易發(fā)生變形和松動(dòng)，銅芯線股也存在一定分散現(xiàn)象，使線耳老化加快。

1.4.3 線耳接觸面處理不佳

線耳內(nèi)壁常有雜質(zhì)、毛刺和氧化層存在，若處理不徹底，不能保證接觸面清潔，將直接導(dǎo)致接觸面膜層電阻增大。

1.4.4 分析質(zhì)量原因

線耳壓接過程中線芯損傷斷股、大線插入線耳不到位、編織線未搪錫等情況也會(huì)影響線耳壓接質(zhì)量。一方面，線耳緊固不良造成接觸面變小，接觸電阻增大，在機(jī)車振動(dòng)時(shí)，緊固螺栓松動(dòng)現(xiàn)象會(huì)逐漸惡化，導(dǎo)致接觸電阻進(jìn)一步增大。另一方面，當(dāng)線耳松動(dòng)嚴(yán)重時(shí)，緊固螺栓會(huì)成為導(dǎo)流的一部分。而緊固螺栓電阻率是線耳的5.6倍，發(fā)熱量是線耳的28倍，截面積不到線耳的20%，這樣會(huì)造成接觸面氧化過熱，接觸電阻增大。

2 對(duì)策制定與實(shí)施

長沙機(jī)務(wù)段所有SS8機(jī)車整流柜軟連線都貼上溫度指示帶進(jìn)行普查，然后進(jìn)行跟蹤記錄，發(fā)現(xiàn)當(dāng)整流柜軟連線溫度分別超過82℃、99℃（環(huán)境溫度20℃）時(shí)，采取相應(yīng)的措施。在SS8機(jī)車每次小輔修和整備作業(yè)時(shí)，進(jìn)行溫度指示帶讀數(shù)檢查，隨后將讀數(shù)根據(jù)環(huán)境溫度換算，當(dāng)該值高于上述溫度上限時(shí)，分如下兩階段進(jìn)行處理。

2.1 涂電力復(fù)合脂

電力復(fù)合脂也叫導(dǎo)電膏，能去除已形成的氧化亞銅膜，減少表面膜電阻。在一定的接觸壓力下，其導(dǎo)電微?？梢孕纬蔁o數(shù)網(wǎng)狀的導(dǎo)電通道，填充接觸面的細(xì)微空隙，增加接觸面，從而降低接觸電阻。當(dāng)?shù)谝淮伟l(fā)現(xiàn)表面溫度指示帶高于規(guī)定溫度時(shí)，用無水酒精或丙酮擦凈線耳接觸面，表面均勻涂上約0.2mm厚的電力復(fù)合脂后再進(jìn)行壓接。

2.2 更換整流柜軟連線

當(dāng)凃?qū)щ姼嗵幚砗鬁囟热愿哂谝?guī)定溫度時(shí)，整流柜軟連線直接更換。處理時(shí)一方面要控制線耳壓接質(zhì)量，確保SS8機(jī)車整流柜軟連線與線耳配套，壓緊力良好，線耳內(nèi)搪錫良好，從源頭上降低壓接區(qū)的物理和化學(xué)變化對(duì)接觸電阻的影響；另一方面要控制線耳緊固質(zhì)量，緊固作業(yè)完畢后檢查緊固面的平整及貼合狀態(tài)，確保0.05mm的塞尺無法塞進(jìn)。

3 實(shí)施效果

發(fā)現(xiàn)整流柜軟連線過熱隱患20臺(tái)次，其中5臺(tái)涂電力復(fù)合脂后溫度正常，其余均進(jìn)行了更換。再未發(fā)生軟連線燒損引起的線上不良和機(jī)破故障，減少了SS8型電力機(jī)車因整流柜軟連線而引發(fā)的機(jī)破及線上不良，整流柜軟連線故障率下降了100%。目前，長沙機(jī)務(wù)段配屬49臺(tái)SS8機(jī)車整流柜軟連線無過熱等不良質(zhì)量反饋。2016年3月，SS8型電力機(jī)車因整流柜軟連線過熱引發(fā)的臨修為0件。

4 結(jié)語

根據(jù)以上方法，SS8型電力機(jī)車因整流柜軟連線過熱引發(fā)的問題，已經(jīng)得到解決，說明該方法是非常成功的。因此，本文分析了SS8機(jī)車整流柜軟連線燒損的原因并提出了針對(duì)性預(yù)防措施，希望對(duì)廣大電力機(jī)車的工作人員有所幫助。