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        電力機車主斷路器“跳閘”原因分析及應(yīng)急措施探究

        2020-09-21 08:38:21陳雪菲
        科技創(chuàng)新導(dǎo)報 2020年18期

        陳雪菲

        摘? ?要:電力機車在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛,突發(fā)斷路器跳閘故障會給機車運行安全及穩(wěn)定性帶來嚴重影響。在突發(fā)故障后,隨車人員因無法在短時間內(nèi)確定故障原因,考慮到機車運行安全,一般做緊急停車處理,嚴重影響道正常的工業(yè)生產(chǎn)活動。為此本文總結(jié)電力機車主斷路器跳閘故障的常見原因,并給出相應(yīng)的故障應(yīng)急處理對策,確保電力機車運行安全。

        關(guān)鍵詞:電力機車? 斷路器? 跳閘故障

        中圖分類號:U296? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼:A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號:1674-098X(2020)06(c)-0068-02

        電力機車因其牽引力強、形成穩(wěn)定、環(huán)保性高等優(yōu)勢而得到廣泛應(yīng)用。電力機車運行過程中,將來自接觸網(wǎng)的電能轉(zhuǎn)換為機械能提供牽引力,保證機車的穩(wěn)定運行。電力系統(tǒng)穩(wěn)定供能是電力機車穩(wěn)定運行的基礎(chǔ),系統(tǒng)斷路器出現(xiàn)異常后,機車牽引力降低而引發(fā)被迫停車問題,嚴重影響其運行質(zhì)量,因此需要對引發(fā)斷路器跳閘故障的原因及應(yīng)急措施進行總結(jié)。

        1? 主斷路器跳閘故障

        電力機車主斷路器跳閘故障發(fā)生于機車運行過程中,故障信息并不在列車監(jiān)控管理系統(tǒng)人機交互界面顯示。主斷路器跳閘后,機車受牽引力急劇降低,因無法查明故障原因,導(dǎo)致機車被迫停車。主斷路器跳閘為電力機車高壓主電路的常見故障,當主電路中電流值過高,并達到斷路器設(shè)定上限后,斷路器會自動斷開切斷高壓電源。若故障程度較輕,會導(dǎo)致電力機車失去部分牽引力,嚴重時則可能引發(fā)全區(qū)停電的問題,導(dǎo)致機車運行中斷。

        2? 電力機車主斷路器跳閘原因分析

        2.1 對地絕緣不足

        電力機車工作電壓一般為直流1500V,以接觸網(wǎng)及車體和鋼軌作為電源的正負極,該電路系統(tǒng)中,若存在任意一點對地絕緣電阻阻值低于標準值,該點即會發(fā)生放電電流激增的現(xiàn)象,瞬間電流超出斷路器的額定范圍,即引發(fā)斷路器跳閘故障。對地絕緣不足的點多形成于各類絕緣元件上,如高壓接線端子板,在以往電力機車主斷路器跳閘故障中,因?qū)Φ亟^緣不足引發(fā)的故障占比也較高。

        2.2 存在短路故障

        當電力機車采用傳入電阻作為啟動方式時,主電路中會存在多個電控接觸器及啟動電阻元件。機車運行過程中,調(diào)整電控接觸器狀態(tài)即可對機車牽引電機的連接方式及電阻阻值進行調(diào)整。牽引電機連接方式分為串聯(lián)和并聯(lián),當電控接觸器本身存在短路問題,或發(fā)生動作錯誤時,就會引發(fā)牽引電機連接方式錯誤的現(xiàn)象。例如,將原本為串聯(lián)的牽引電機更換為并聯(lián),連通高壓電源后,該電機承擔的荷載從50%網(wǎng)壓上升至100%,在短時間內(nèi)反電勢未被充分建立,導(dǎo)致電流成倍激增而促使主斷路器發(fā)生跳閘動作。此外,啟動電阻包括多箱鑄鐵電阻與線排組合兩部分,若裝配過程操作不當,或存在振動干擾,導(dǎo)致緊固不足、放電間隙不夠等問題,啟動電阻的阻值將偏離設(shè)定標準[1]。若電阻室內(nèi)存在多臺電機的啟動電阻,二者之間還會出現(xiàn)異電位短路問題,最終使高壓回路發(fā)生斷路器跳閘故障,并將啟動電阻燒損。

        2.3 電壓波動過大

        接觸網(wǎng)電壓波動幅度過高的原因有二:第一,存在感應(yīng)過電壓。相同供電區(qū)段內(nèi)可能同時運行多臺電力機車,若某臺機車出現(xiàn)大負載電流突然中斷現(xiàn)象,加之電機感性負載的影響,會形成較接觸網(wǎng)電壓高出幾倍的感應(yīng)過電壓,該電壓通過接觸網(wǎng)被傳輸至其他機車,會導(dǎo)致其他電力機車絕緣被擊穿。第二,相鄰供電區(qū)段電壓差過高。電力機車正常運行中,合理的跨區(qū)段電壓差應(yīng)在電源額定電壓的90%~120%之間。當機車負載較重時,電壓會從低壓段進入高壓段,電機轉(zhuǎn)速變化滯后,但電樞電流在短時間內(nèi)即可提高至原本的1.5倍左右,導(dǎo)致實際電流遠超出斷路器的額定范圍,引發(fā)跳閘故障。

        2.4 電機自身故障

        電力機車內(nèi)部空間有限,為合理利用機車空間,同時提高電機性能,在牽引電機設(shè)計生產(chǎn)中,會選擇提高其電磁負荷參數(shù)。電機投入使用后長期運行于惡劣條件下,其發(fā)生故障的概率將顯著提高。例如換向卡阻,牽引電機的安裝多采用抱軸懸掛方式,其一半以上重量不受減震處理。機車運行過程中,車輪與軌道間相互沖撞而產(chǎn)生的振動被傳導(dǎo)至牽引電機處,會引發(fā)電機電刷劇烈跳動。此時若電流幅值較高,就容易發(fā)生換向卡阻的問題。

        隨電車運行時長的增加,牽引電機的電刷不斷發(fā)生磨損,磨損產(chǎn)生的碳粉末積留在云母溝內(nèi),若空氣濕度較大還會加速碳粉末積累,當達到一定程度后,即可能引發(fā)換向片短路的問題。例如在寒冷季節(jié),機車由室外進入室內(nèi)、環(huán)境溫度發(fā)生較大變化后,換向器結(jié)霜融化形成的水滴,會影響牽引電機絕緣性能,發(fā)生換向器“放炮”或電機絕緣被擊穿現(xiàn)象。

        牽引電機各元件在長期運行中老化磨損,應(yīng)力集中位置產(chǎn)生裂痕或變形,當大幅值電流在此類位置經(jīng)過時,就會因燒斷而引發(fā)對地放電,進而產(chǎn)生斷路器跳閘故障。

        3? 電力機車主斷路器跳閘應(yīng)急措施

        3.1 故障應(yīng)急

        突發(fā)主斷路器跳閘故障后,相關(guān)人員可根據(jù)列車狀態(tài),預(yù)估故障發(fā)生原因,進而采取針對性的應(yīng)急對策。

        (1)嘗試閉合主斷路器,若閉合后即立即跳閘,且人機交互界面無故障信息顯示,可判斷機車進入死接地狀態(tài),主斷路器的分閘線圈始終處于通電狀態(tài)。此時可做迅速降弓處理,觀察主繼電器及其他繼電器是否存在動作響應(yīng),若發(fā)生動作,可將故障轉(zhuǎn)換閘刀調(diào)節(jié)至故障位置,確保機車能繼續(xù)運行。若故障未被消除,可手動閉合主斷路器及塞門,維持機車正常運行狀態(tài)。經(jīng)上述處理后,相關(guān)人員需重點檢查各監(jiān)控系統(tǒng)的信息顯示,一旦發(fā)現(xiàn)運行異常,及時作出降弓處理,避免故障進一步發(fā)展。

        (2)嘗試閉合主斷路器,若可順利閉合,但機車運行達到一定速度級別后,再次發(fā)生跳閘問題,且無故障信息顯示,可判斷機車的過流繼電器發(fā)生保護動作,同樣可進行降弓處理,并將主斷路器斷開,調(diào)節(jié)故障閘刀位置,維持機車運行狀態(tài)[2]。

        (3)若主斷路器跳閘故障發(fā)生在輔助繼電器上,可判斷因輔助繼電器保護電子動作錯誤而引起,調(diào)節(jié)輔助繼電器保護板位置后,機車可繼續(xù)運行。

        3.2 故障預(yù)防

        第一,嚴格開展電力機車檢修維護工作,機車廠修期間,重點對各線路、元件狀態(tài)進行檢測。例如,使用工頻閃絡(luò)擊穿試驗儀,檢測相關(guān)元件的絕緣性能,及時更換絕緣損壞嚴重的元件。機車定期檢修過程中,使用2500V以下的兆歐表進行檢測,可幫助排除斷路器故障跳閘隱患。第二,結(jié)合電力機車特點及以往的跳閘故障處理經(jīng)驗,劃定易發(fā)生短路故障的部件,并將其列為重點檢修對象。開展檢修活動時,對于重點對象重點檢查,詳細記錄檢修結(jié)果,及時更換老舊部件,如電阻片、絕緣保護套等。第三,針對感應(yīng)過電壓引發(fā)的斷路器跳閘故障,可在系統(tǒng)內(nèi)增加氧化鋅采集裝置。對機車司機的操作行為做嚴格規(guī)范,運行中若出現(xiàn)跨供電區(qū)段的現(xiàn)象,應(yīng)及時降低電階,避免出現(xiàn)過大的電流波動[3]。第四,做好牽引電機的冷卻除塵工作,當環(huán)境溫度較低時,應(yīng)及時清理換向器結(jié)霜,保持其外表干燥。

        4? 結(jié)語

        電力機車主斷路器跳閘故障原因包括對地絕緣不足、存在短路故障、電壓波動過大、電機自身故障等,除掌握必要的故障應(yīng)急處理方法外,需加強機車日常維修、保養(yǎng)工作,更換老舊部件,及時將故障隱患排除,確保機車穩(wěn)定運行。

        參考文獻

        [1] 孫興虎.牽引網(wǎng)保護整定計算的探討[J].電氣化鐵道,2019,30(S1):119-124.

        [2] 岳學(xué)民.牽引變電所饋線跳閘分析與判斷[J].鐵道運營技術(shù),2018,24(3):36-38.

        [3] 曲長萍,陳廣泰,姜正.基于故障分類的機車故障診斷方法[J].電力機車與城軌車輛,2020,43(2):71-74.

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