HXD2型电力机车总风压力低故障原因分析与对策

张 勇，肖 勇，路宜华，白 刚

(西安铁路局 安康机务段，陕西安康725005)

HXD2型电力机车总风压力低故障原因分析与对策

张 勇，肖 勇，路宜华，白 刚

(西安铁路局 安康机务段，陕西安康725005)

HXD2型交流传动八轴9 600 kW货运电力机车自2013年11月新造投入运用以来，运用中多次发生因总风压力低导致的区停及机破，严重影响机车运用安全。现从HXD2型电力机车空气压缩机控制原理、设计制造及运用条件等方面出发，深入分析了造成机车总风压力低的原因，提出了解决措施和方案，通过实施取得了良好效果。关键词 HXD2;总风;压力低;原因分析;对策

HXD2型交流传动八轴9 600 kW机车是适应山区线路运用需要设计制造的货运电力机车，采用中国北车集团自主研发的牵引控制系统和Faiyeley制动系统，自2013年11月份新造投用以来，大大提高了铁路入川通道运输能力。但因机车MPU软件控制、压缩机空气断路器选型、风管路布置等方面存在设计不足，机车运用过程频繁发生总风压力低故障，投入运用2个多月就发生了5起机破，多次造成临修、区停，严重影响了机车的正常运用，已成为影响HXD2型机车运用安全的一个重点问题。

1 问题的提出

2013年11月份至2014年1月份期间对安康机务段支配的HXD2型机车总风压力低故障情况进行了统计汇总，具体情况见表1。

表1 总风压力低故障情况统计表

在17起总风压力低故障中，压缩机空气断路器跳开9起，占故障件数的53%，是造成运行中机车总风压力低的主要原因，压缩机故障、控制接触器故障及网络控制等故障是导致机车总风压力低的次要原因。从故障检查处理情况来看，总风压力低故障具有以下特点:

(1)故障记录难以查询。总风压力低于600 kPa产生惩罚制动后，微机显示屏(DDU)故障记录中无相关故障记录，制动显示屏(BDU)中仅显示惩罚制动记录，需下载MPU和BCU数据，分析后才能发现故障时总风压力低的情况。

(2)动态故障难以复现。发生总风压力低故障的 机车回段后，多次对机车进行打风试验，压缩机工作均正常，总风压力正常，故障一般不再复现。

(3)故障原因难以判定。故障机车回段后，多数故障无法查明故障原因，仅能在修理过程中对可能造成该故障的处所如压缩机扳键开关、RIOM、总风压力传感器、空气断路器等部位进行了换件处理，但故障仍偶尔动态发生。

(4)误导故障判断处置。运行中当总风压力低产生惩罚制动后，因无明显故障提示，易误导乘务员判断为机车制动系统故障，扩大故障影响。

2 原因分析

2.1 空气压缩机控制原理图如图1:

C1－CPR:主接触器;C2－CPR:接触器星接;C3－CPR:接触器角接;Z－CPR:强泵开关;SJ(VE)CPR:延时继电器;VE－CPR:连续运转电磁阀;T－CPR:压缩机温度开关; P－CPR:压缩机压力开关;RIOM:远程输入输出单元;GW:网关;MPU:主处理单元;DJ－CPR:压缩机断路器。图1 空气压缩机控制原理图

2.2 空气压缩机控制过程

正常工作控制过程:机车辅助变流器运行5 s后、压缩机扳键开关在闭合位、总风压力低于750 kPa时，压力开关MA1－(CP)闭合，RIOM2 5功能模块将压力开关闭合指令通过网关模块GW2传给本节MPU。MPU分两路发出指令，一路通过GW2传给本节RIOM2 9功能模块，让压缩机主接触器C1－CPR和启动接触器C2－CPR得电(压缩机启动前温度开关T－CPR和压力开关P－TPR均在闭合位)，3 s后C3工作接触器得电，压缩机由Y接接触器改为△接接触器供电;同时延时继电器SJ(YE)CPR得电，延时结束后连续运转电磁阀得电，压缩机正常工作。MPU另一路信号通过WTB传递给它节MPU，控制它节压缩机工作。

强泵风工作控制过程:压缩机扳键开关置强泵位，不受总风压力开关控制，扳键开关指令由RIOM16功能模块经GW1网关传给MPU，MPU通过RIOM29功能模块控制压缩机工作。

2.3 故障原因

从原理分析可以看出，以下情况均可造成总风压力低故障:

(1)总风压力开关故障;

(2)压缩机空气断路器DJ－CPR自动跳开;

(3)网关功能模块RIOM故障;

(4)控制程序功能缺陷;

(5)压缩机温度开关、压力开关、连续运转电控阀等任一故障;

(6)压缩机出风量不足;

(7)风管路过风能力差。

3 存在问题

3.1 压缩机空气断路器设计安装存在不足

(1)压缩机空气断路器选型存在不足。HXD2型机车空气压缩机断路器型号为GV3－P50型。该断路器过流保护整定值设定为45 A，在实际运用中因压缩机工作电流较大，易发生空气断路器过流保护跳开，导致压缩机停止工作问题。

(2)压缩机空气断路器设计安装位置考虑不周。该空气断路器安装在辅助变流柜内部，复位操作繁琐。恢复空气断路器需进行如下操作:旋转并取下受电弓蓝色钥匙;使用蓝色钥匙操作接地开关至“接地位”再取下黄色钥匙;使用黄色钥匙操纵通用柜上安全联锁钥匙箱再取下绿色钥匙;再使用绿色钥匙打开辅助变流柜门锁闭机构;最后使用专用四角钥匙打开辅助变流柜8个机械锁闭器。整个恢复过程极其繁琐，费时费力，延长了故障处置时间，扩大了故障影响，且存在安全隐患。

3.2 空气压缩机控制功能存在不足

总风压力开关检测到风压低于750 kPa时，通过网络控制两个压缩机启动。HXD2型机车采用某厂生产的TSA－2.4AI型空气压缩机，该型压缩机采用连续运转电磁阀失电排放机体内压力以达到空载启动目的。但因机车MPU控制软件功能设计不足，压缩机扳扭在运行位和强泵位转换时，同时输出低电平，导致压缩机短时间停止工作。而压缩机停止工作后，C3接触器未释放，连续运转电磁阀不能失电排风，导致压缩机机体内风压过高，造成压缩机无法再次启动。并且这种情况下压缩机单台未启动或两台均未启动时，微机显示屏(DDU)均无相关提示和记录。

3.3 单台空气压缩机工作不能满足供风需求

TSA－2.4AI型空气压缩机公称容积流量为2.4 m3/ min，比 HXD1、HXD3型机车压缩机排气量少 1/5。(HXD1型机车压缩机出风量为3.0 m3/min)。安康机务段组织厂段技术人员进行现场试验，HXD2型机车在牵引列车46辆情况下，操纵节单台压缩机投入工作，自动制动阀最大减压量后缓解全列车时，机车总风压力由750 kPa降至640 kPa左右，非操纵节单台压缩机工作时总风压力降至620 kPa左右。而安康机务段牵引货物列车一般在45～60辆左右，牵引长大货物列车时单台压缩机供风量不能满足缓解全列车用风量需求。

3.4 机车总风管路设计不足影响过风能力

HXD2型机车总风管总机械间向下布置，经车体底部再向上弯曲，再通过总风管折角塞门、总风连管和另一节车总风管相连，两节之间总风管呈4个“U”字型布置(如图2所示)，总风通过能力受到限制。特别是操纵节压缩机故障使用非操纵段压缩机打风时，阻流现象尤为明显。

图2 总风管弯曲情况

4 对策及建议

4.1 设计制造方面

4.1.1 压缩机空气断路器设计改进

(1)改变压缩机空气断路器设计安装方式。将空气断路器安装布置方式由水平改为垂直放置，并在辅助变流柜门板上开孔，以便安全快捷的对断路器进行复位操作。图3为柜体内部断路器的更改方案。

图3 空气断路器垂直布置

(2)压缩机空气断路器换型。组织调研分析压缩机实际工作情况，将GV3－P50型空气断路器换型为GV3－P65型，过流保护整定值提高为57 A，进行2个月的运用验证观察，效果较好，未发生空气断路器误保护动作现象。

4.1.2 控制软件功能优化

优化调整控制软件，增加压缩机延时停机控制功能，延时停机3～5 s，避免压缩机扳键开关在运行位和强泵位频繁转换造成压缩机停机无法再启故障。软件更新前后控制时序图如图4所示。

图4 压缩机控制时序图

4.1.3 调整总风压力开关整定值或修改控制方式

针对压缩机供风能力不足问题，可将机车总风压力开关MA1整定值由750±20 kPa调整为750+20 kPa;或参考HXD3型机车压缩机控制方式，总风压力低于825 kPa时，启动单台压缩机，压力低于750 kPa时，两台压缩机同时启动。

4.1.4 优化机车总风供风能力

建议厂家进行调研分析，可通过对压缩机进行换型或对机车总风管路设计布置进行优化，加大压缩机公称容积流量并减少总风空气管路设计安装阻流现象，以提高供风能力和总风通过能力。

4.2 运用操纵方面

4.2.1 运用过程加强机车总风压力状态检查。

(1)发现机车总风压力低于整定值而压缩机不自动打风时，应及时进行手动强泵打风。

(2)注意观察DDU屏，及时进行判断处理。DDU屏有“压缩机故障”提示时，应及时进行对应压缩机空气断路器的复位操作;检查DDU屏压缩机工作状态，发现压缩机接触器状态显示异常时，进行复位操作。

4.2.2 适当提前使用强泵打风确保机车用风

为保证长大上坡道期间过分相运用需要，经过运用实践总结，在机车过分相绝缘区之前，应提前使用强泵打风，将机车总风压力升至900 kPa以上，可确保机车用风。

5 结束语

通过对HXD2型机车总风压力低故障的深入分析，找出了HXD2型机车在软件控制、配件选型、设计安装等方面存在的问题，提出了相应的改进方案和行之有效的运用操纵注意事项，经实施控制软件升级和压缩机空气断路器换型改造等技术措施后，HXD2型机车总风压力低故障大幅下降，自2014年2月份以来未发生一起因机车总风压力低造成的机破及区停，有效保证了新八轴HXD2型机车运用安全。

［1］ 交流传动八轴9 600 kW货运电力机车使用保养说明书［R］.大同:中国北车集团大同电力机车有限责任公司，2013.

［2］ 交流传动八轴9 600 kW货运电力机车检修手册［R］.大同:中国北车集团大同电力机车有限责任公司，2013.

Fault Analysis and Countermeasures for Low Overall Wind Pressure of HXD2 Electric Locomotive

ZHANG Yong，XIAO Yong，LU Yihua，BAI Gang
(Ankang Locomotive Depot，Xi＇an Railway Bureau，Ankang 725005 Shaanxi，China)

Since HXD2-type AC-drive eight-axle 9600kw freight electric locomotive was put into use from November 2013，the operational stop and mechanical damage due to low overall wind pressure had occurred for many times，which seriously affected the safe running of locomotive.Based on the control principle，design＆production，and application conditions of HXD2 electric locomotive air compressor，this paper makes in-depth analysis for the causes of low overall wind pressure，and proposes the corresponding measures and schemes.The practice indicates that the proposed measures and schemes are effective.

HXD2;overall wind;low pressure;cause analysis;countermeasures

U264.91+1

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2015.01.23

1008－7842(2015)01－0101－04

)男，助理工程师(

2014－06－15)