白 鋒，容長生，寇樹仁，侯曉燕

（1 中車大同電力機(jī)車有限公司，山西大同 037038；2 中國國家鐵路集團(tuán)有限公司，北京 100844；3 中車戚墅堰機(jī)車有限公司，江蘇常州 213011）

電線電纜作為電力機(jī)車的血管，擔(dān)負(fù)著電力機(jī)車能量傳遞、控制信號(hào)傳輸?shù)戎匾蝿?wù)。其可靠性高低直接關(guān)系著機(jī)車的正常運(yùn)用和行車安全。對于和諧型電力機(jī)車而言，按照功能分類，機(jī)車上的電線電纜主要分為主電路、輔助電路和控制電路。文中對主、輔、控電路的線纜進(jìn)行分析。

按照檢修規(guī)程管理辦法，和諧型機(jī)車C6 修分為3 個(gè)階段：驗(yàn)證修階段（5 臺(tái)）、批量試修階段（30臺(tái)）、常規(guī)修階段。目前HXD1、HXD3、HXD3C型機(jī)車常規(guī)修規(guī)程已發(fā)布。其他幾種車型驗(yàn)證修、批量試修規(guī)程也已確定。其中關(guān)于線纜的檢修情況見表1：

表1 和諧型機(jī)車C6 修線纜檢修內(nèi)容對比表

由表1 可以看出，目前HXD1型機(jī)車C6 修已經(jīng)實(shí)現(xiàn)電纜不更新。而其他幾種車型對電線電纜的檢修除主電路以外，輔助電路和控制電路主要以更新為主，缺乏系統(tǒng)的檢測和研究。

為了深入貫徹落實(shí)中國國家鐵路集團(tuán)有限公司對C6 修數(shù)據(jù)檢修、精準(zhǔn)檢修、經(jīng)濟(jì)檢修的理念和可靠性全面恢復(fù)的定位，建立機(jī)車全壽命周期大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)。在C6 修時(shí)對機(jī)車上的電線電纜進(jìn)行系統(tǒng)的研究分析，不僅可以掌握和諧型電力機(jī)車在運(yùn)用一個(gè)C6 修周期后，機(jī)車上電線電纜的老化狀態(tài)和質(zhì)量變化規(guī)律，同時(shí)也可以積累寶貴的檢測數(shù)據(jù)，為后續(xù)機(jī)型C6 修規(guī)程的制定和優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支撐。

1 線纜老化原因分析

通常電線電纜老化故障的最直接原因是絕緣降低被擊穿。導(dǎo)致線纜絕緣降低的因素很多，根據(jù)實(shí)際機(jī)車運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)，歸納起來有以下幾種情況：

1.1 外力損傷

在電力機(jī)車線纜中，部分線纜因固定不良或者防護(hù)不到位，導(dǎo)致線纜接磨，造成線纜絕緣破損。此類故障多出現(xiàn)于有相對位移的部位，如車體與轉(zhuǎn)向架連接線纜。

1.2 絕緣下降

由于外部環(huán)境影響，如雨天或者南方潮濕天氣，造成線纜絕緣下降導(dǎo)致?lián)舸┕收稀?/p>

1.3 化學(xué)腐蝕

因機(jī)車部分部件漏液，如空調(diào)冷卻液、變流裝置冷卻液泄露，導(dǎo)致線纜被浸泡腐蝕，造成線纜絕緣損傷老化。

1.4 長期過負(fù)荷運(yùn)行

由于機(jī)車長時(shí)間高負(fù)荷或過負(fù)荷運(yùn)行，線纜持續(xù)發(fā)熱，導(dǎo)致線纜絕緣加速老化。

1.5 其他原因

主要包括線纜的使用環(huán)境等。由于電力機(jī)車內(nèi)部較為封閉，部分電氣屏柜內(nèi)更是通風(fēng)不良，且有電阻、電容等發(fā)熱部件。高溫的運(yùn)用環(huán)境也會(huì)加速線纜絕緣老化。

2 和諧型電力機(jī)車C6 修電纜不更新可行性分析

2.1 從電纜選型分析

通 過 對 比 分 析HXD1、HXD2、HXD33 種 車 型，可以得出和諧型電力機(jī)車上主要工作電壓，見表2。其他車型如：HXD1B、HXD2C、HXD3D等，雖然電壓不能完全與這3 種車型一致，但其電壓等級基本相同，不再列舉。

表2 和諧型機(jī)車主要工作電壓對比表

各個(gè)主機(jī)廠在機(jī)車設(shè)計(jì)電纜選型之初，就充分考慮了電纜承受電壓的冗余量。以HXD2型機(jī)車為例，其主電路選用了3 000 V 電壓等級電纜，實(shí)際運(yùn)用電壓為950 V；輔助電路選用了1 500 V電壓等級電纜，實(shí)際運(yùn)用電壓為380 V。電纜的電壓等級遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于實(shí)際運(yùn)用電壓，這樣既保證了機(jī)車電路安全性，也為和諧型電力機(jī)車C6 修電纜不更新留下了余量。

2.2 從電纜設(shè)計(jì)壽命分析

通過研究和諧型電力機(jī)車所用電纜的技術(shù)規(guī)范可知，大部分電纜都在技術(shù)規(guī)范中規(guī)定了設(shè)計(jì)使用壽命。以某型高壓電纜（3 000 V、1 500 V）為例，其設(shè)計(jì)壽命為：120 ℃條件下連續(xù)使用；140 ℃條件下累計(jì)使用20 000 h?？梢钥闯?，其使用壽命與其運(yùn)用環(huán)境有著重要的聯(lián)系。在合適的工作環(huán)境下，電纜的使用壽命遠(yuǎn)大于C6 修周期，不必更新。

3 檢測項(xiàng)點(diǎn)分析

根據(jù)中國國家鐵路集團(tuán)有限公司對C6 修可靠性全面恢復(fù)的工作定位。完成C6 修的和諧型電力機(jī)車，其電路系統(tǒng)必須能夠安全、可靠的傳輸電能及信號(hào)。通過對HXD1、HXD3、HXD3C、HXD2等車型在驗(yàn)證修和批量試修階段機(jī)車線纜狀態(tài)的調(diào)研發(fā)現(xiàn)：C6 修入廠機(jī)車線纜狀態(tài)良好，功能正常。由于C6 修機(jī)車畢竟使用了十多年，機(jī)車電纜均存在不同程度的老化，我們不能完全按照新造時(shí)的檢測標(biāo)準(zhǔn)來衡量C6 修時(shí)的線纜。因此我們在C6 修階段，根據(jù)線纜的老化原因提出有針對性檢測要求。既要保證C6 修后的機(jī)車電線路的安全性、可靠性，也要考慮檢測項(xiàng)點(diǎn)的準(zhǔn)確性和適用性，同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)性。具體項(xiàng)點(diǎn)如下：

3.1 良好的導(dǎo)電性能

即導(dǎo)體的電阻要小，從而保障導(dǎo)線通過電流時(shí)產(chǎn)生的導(dǎo)線損耗較小。導(dǎo)電性能可通過導(dǎo)體直流電阻反應(yīng)出來。我們可以使用比較法，同時(shí)檢測兩組（或多組）相同型號(hào)規(guī)格的新品線纜和C6 修機(jī)車上取樣的線纜。比較兩組線纜的直流電阻值，從而評估C6 修機(jī)車線纜的導(dǎo)電性狀態(tài)。直流電阻測量可采用單臂直流電橋或雙臂直流電橋，具體檢測方法可參照GB/T 3048.4-2007 電線電纜電性能試驗(yàn)方法第4 部分：導(dǎo)體直流電阻試驗(yàn)［1］。

3.2 優(yōu)良的絕緣性能

良好的絕緣性能要求線纜絕緣層的絕緣電阻要高；絕緣層被高電壓破壞（擊穿）的抵抗能力要強(qiáng)，即絕緣層的擊穿試驗(yàn)電壓值要比工作電壓有較大的裕度。此項(xiàng)可通過絕緣電阻試驗(yàn)檢測和工頻耐壓試驗(yàn)檢測。

3.2.1 絕緣電阻試驗(yàn)

絕緣電阻是電線電纜絕緣特性的重要指標(biāo)，它反映了線纜承受電擊穿或熱擊穿的能力，同時(shí)也反映了絕緣材料在工作狀態(tài)下的耐損耗的能力。絕緣電阻可用直流比較法和電壓電流法檢測。具體檢測方法可參照GB/T 3048.5-2007 電線電纜電性能試驗(yàn)方法第5 部分：絕緣電阻試驗(yàn)［2］。

3.2.2 工頻耐壓試驗(yàn)

電線電纜的絕緣強(qiáng)度取決于其絕緣結(jié)構(gòu)與絕緣材料承受電場作用而不發(fā)生擊穿破壞的能力，因此需要通過工頻耐壓試驗(yàn)來判斷其性能好壞。耐壓試驗(yàn)須按照檢修技術(shù)規(guī)程的規(guī)定進(jìn)行，并不得發(fā)生擊穿或閃絡(luò)。

3.3 良好的機(jī)械特性

線纜在電力機(jī)車中，雖然大部分都處于線槽、線管之中，并有可靠的固定和綁扎，但也有部分線纜處于受力狀態(tài)，如部分屏柜之間的連接線纜、車體與轉(zhuǎn)向架之間的連接線纜等。因此在C6 修時(shí)對線纜原始機(jī)械性能進(jìn)行檢測很有必要。線纜原始機(jī)械性能主要檢測3 個(gè)方面：即電纜絕緣厚度和外形尺寸、電纜的抗張強(qiáng)度及斷裂伸長率。

3.3.1 絕緣厚度和外形尺寸

測試方法：線纜的絕緣厚度和外形尺寸測量時(shí)，可采用讀數(shù)顯微鏡或者放大倍數(shù)至少10 倍的投影儀對線纜試樣進(jìn)行測量。采用比較法同時(shí)測量新品線纜和C6 修線纜，C6 修線纜絕緣厚度和外形尺寸變化不得超過新品的±5%。

3.3.2 抗張強(qiáng)度

抗張強(qiáng)度即拉伸線纜試樣至斷裂時(shí)記錄的最大抗拉應(yīng)力測試方法：選取至少5 條線纜試樣，且每條試樣的取樣長度為100 mm。然后使用拉力試驗(yàn)機(jī)對線纜試樣進(jìn)行測量并記錄相應(yīng)數(shù)據(jù)。

3.3.3 斷裂伸長率

斷裂伸長率即線纜試樣拉伸至斷裂時(shí)，標(biāo)記距離的增量與未拉伸試樣的距離的百分比，一般電力機(jī)車使用線纜的抗張強(qiáng)度和斷裂伸長率標(biāo)準(zhǔn)值見表3。

表3 線纜抗張強(qiáng)度和斷裂伸長率參考標(biāo)準(zhǔn)

3.4 防止線纜絕緣層熱老化

電纜在傳輸電流時(shí)，電纜因?qū)w電阻發(fā)熱、介質(zhì)損耗發(fā)熱等，其本身就是一個(gè)熱源。而溫度會(huì)影響線纜絕緣老化。因此在C6 修時(shí)，應(yīng)通過線纜熱老化試驗(yàn)和熱延伸試驗(yàn)，來確定和諧型電力機(jī)車在C6 修階段的線纜狀態(tài)和質(zhì)量變化規(guī)律。

熱老化試驗(yàn)是將線纜試驗(yàn)放入烘箱中加熱，加快其老化速度，然后進(jìn)行拉力試驗(yàn)，測量老化后的抗張強(qiáng)度和斷裂伸長率。此項(xiàng)試驗(yàn)每種待測線纜須選取3 段約200 mm 長的線纜（盡可能靠近老化前拉力試驗(yàn)取樣附近），將選取的線纜試樣垂直懸掛于烘箱中部進(jìn)行烘烤，然后進(jìn)行拉力試驗(yàn)。具體試驗(yàn)方法可參照GB/T 2951.12-2008 電纜和光纜絕緣和護(hù)套材料通用試驗(yàn)方法第12 部分：通用試驗(yàn)方法—熱老化試驗(yàn)方法［3］。電力機(jī)車線纜熱老化試驗(yàn)參考標(biāo)準(zhǔn)見表4。

表4 線纜熱老化試驗(yàn)參考標(biāo)準(zhǔn)

4 檢測取樣分析

根據(jù)目前和諧型電力機(jī)車C6 修檢修流程，共分為驗(yàn)證修、批量試修和常規(guī)修3 個(gè)階段。其中驗(yàn)證修為5 臺(tái)，批量試修為30 臺(tái)?？紤]到機(jī)車檢修的經(jīng)濟(jì)性，C6 修線纜檢測取樣可采用分階段分批次進(jìn)行。具體如下：

（1）驗(yàn)證修階段：每臺(tái)機(jī)車均須檢測，按照線纜型號(hào)規(guī)格，每種線纜按規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)取樣檢測。

（2）批量試修階段：抽取單號(hào)機(jī)車取樣檢測，按照線纜型號(hào)規(guī)格，每種線纜按規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)取樣檢測。

（3）常規(guī)修階段：以5 臺(tái)機(jī)車作為1 組，隨機(jī)抽取其中1 臺(tái)機(jī)車取樣檢測，按照線纜型號(hào)規(guī)格，每種線纜按規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)取樣檢測。共檢測5 組。

5 結(jié)束語

通過對和諧型機(jī)車C6 修時(shí)線纜主要老化原因進(jìn)行分析，針對性地提出了對應(yīng)的檢測項(xiàng)點(diǎn)及取樣方案。通過以上檢測項(xiàng)點(diǎn)可以有效檢測出C6 修時(shí)機(jī)車電纜質(zhì)量狀態(tài)，對檢測合格的線纜繼續(xù)使用，對檢測不合格的項(xiàng)點(diǎn)進(jìn)行更換。既保證了機(jī)車C6 修的檢修質(zhì)量，又可以極大地節(jié)約C6 修檢修成本，符合中國國家鐵路集團(tuán)有限公司經(jīng)濟(jì)檢修的理念要求。