动车运行中断路器的故障现象、原因及处理方法

动车运行中断路器的故障现象、原因及处理方法

崔国胜，赵志强，刘星生

中车唐山机车车辆有限公司河北唐山064000

摘要：高压断路器是动车牵引系统的核心元件,正常运行时,断路器闭合把电源电流电流输送给轨道车辆;断开则使供电网和车辆具有明显的分界点,车辆则无牵引动力而停止运行。断路器的结构形式多种多样,但都有非常完备的灭弧装置,触头容量也比较大,因此断路器与继电保护、接地等装置配合能断开过负荷、短路等故障电流。

关键词：动车运行；断路器；故障现象；原因；处理方法

1动车运行中断路器的故障原因及处理

1.1车辆运行中一组动车分组断路器不能合闸

1)原因:(1)网络系统通讯不畅;(2)分组断路器本身故障。扩展供电正常,维持运行。

2)处理过程步骤:(1)动车一般有三个供电单元,六个牵引变流器,可以相互扩展供电。若仅三分之一动力单元不能正常供电,且有三个牵引变流器正常工作,依靠扩展供电,继续运行;若三分之二动力单元不能正常供电,则必须进行小复位;(2)重联一组动力单元断路器,如果扩展电压正常,则正常行车,否则进行小复位;(3)小复位分组断路器仍未闭合,可查看该组断路器线圈回路是否完好,主要包括空气开关和继电器两部分。依具体情况小复位成功,行车,否则请求救援。

1.2主断路器闭合不上或跳开

1)原因:(1)牵引变压器、变流器、电动机等故障,主断路器起保护作用,跳开牵引主电路;(2)网络系统通讯不良引起;(3)断路器启动线圈故障、继电器触点状态不良等引起主断路器不能闭合;(4)网络电压应在17~32kV范围内波动,过高或过低,主断路器都将自动跳开;(5)自动过分相装置本身或信号传感器故障在车辆过分相后都可能引起主断路器不能闭合;(6)主断路器绝缘、灭弧、触头等部件毁损及本身误动作而致主断路器触头不能正常闭合;(7)高压接触器所在控制回路正在动作使主断路器不能正确闭合;(8)因网络系统通讯不良或变压器本身有故障,一组牵引变压器被切除,动车牵引丢失,而该组控制断路器未断开致主断路器不能闭合;(9)车辆静止,因高压供电网络干预电流过大而使主断路器跳闸。

上述情况,车辆继续运行。

2)处理过程步骤:(1)查看网络电压是否波动太大,并维持网络电压在17~32kV范围内,如果达不到要求可更换另一受电弓完成牵引职能;(2)主断路器跳闸,单组牵引变压器自动切除,按倒闸操作顺序先合分组断路器,在合主断路器,若主断仍跳开,可手动切除故障车牵引,做小复位,再闭合各级断路器;(3)主断路器处于跳闸状态而BPS却显示已闭合,可手动关断故障车分组断路器,确认主断路器闭合信号是否消除,如消除,执行小复位;(4)依据“TD屏”指示,如因断路器损毁或高压供电线路短路等故障致主断跳闸,可换升另一受电弓运行,观察现象进一步确定故障原因,酌情处理;(5)牵引变压器切除,分组断路器未动作,出现越级跳闸,可手动分断分组断路器,执行小复位,再闭合主断路器。

如主断路器仍跳闸,可检查断路器电磁线圈回路是否有电,继电器按顺序正确动作,合分组断路器,执行小复位操作,再合主断路器开关。如主断路器又跳开,单组动车应立即停车,执行大复位、断开蓄电池复位操作。若以上操作无效,申请救援。两组动车组重联运行情况下,可选择另一组动车牵引运行。

1.3主断路器非正常闭合

主断路器在分闸状态,控制屏显示已闭合;牵引变压器自动切除;牵引丢失,软件不能切除任何设备;受电弓不能正常升起等均可视为非正常闭合。

1)原因:主断路器合闸,而控制回路中的合闸、分闸、联锁保护等辅助开关触头卡滞。

上述情况,车辆继续运行。

2)处理过程步骤:控制屏显示主断路器非正常闭合,可手动断开故障车辆控制开关,观察非正常合闸信号是否消失,如果信号恢复正常,执行小复位操作,并升起另一非故障车辆受电弓,合主断路器继续行车。

2实例分析

本文针对CRH380CL型动车组近期发生的网压异常导致主断断开,进而引起列车出分相区后主断无法自动闭合的问题,进行主断路器故障分析,并通过优化网络系统控制软件,加入延时和滤波的处理方式,解决主断异常断开及无法自动闭合的问题。

2.1主断路器工作原理与故障诊断

2.1.1动车组网压超出正常范围的保护

当CRH380CL型动车组在有电区运行时,(1)网压在22.5~29.0kV时,牵引变流器可以输出额定功率;(2)网压在22.5~17.0kV时,输出功率从最大值线性递减至0;(3)网压在29~31kV时,输出功率从最大值线性递减至0。在上述电压范围以外时,动车组网络系统立即发出命令将主断路器断开,使接触网停止向动车组供电,以保护各高压元器件。与此同时,司机室显示屏将报出故障代码2013(网压不在规定范围内导致主断断开)。

2.1.2主断闭合使能信号

主断闭合使能开关量输出(DO)信号成立是发出主断闭合命令的前提条件。当司机手动将主断手柄扳至“闭合”位时,如果此时受电弓升起、变压器无故障、网压正常无过流发生等条件都具备,则主断闭合使能DO信号成立。该DO信号控制的继电器的辅助触点串联在主断闭合硬线电路中,最终控制主断闭合。当与该DO信号有关的条件之一不成立时,主断将自动断开,此时司机或机械师在解决相关故障之后,再手动闭合主断,该DO信号才能再次成立。即:出于安全原因考虑,在发生主断意外断开的故障后,即使故障情况复位,也需要司机手动操作发出主断闭合命令,主断才能被闭合。

2.1.3进出分相区的主断控制

当网络系统检测到列车进入分相区信号时,发出主断断开的DO信号。该DO信号控制的继电器的辅助触点串联在主断断开硬线电路中,进而实现硬线电路的主断断开命令。此时主断的反馈状态是断开。当网络系统检测到列车出分相区信号时,发出主断闭合的DO信号,最终实现硬线电路的主断闭合命令。当出分相区后存在自动闭合主断命令DO时,但2s内主断反馈状态仍是断开,则列车控制管理系统(TCMS)报出故障代码2020(主断闭合故障)。

2.2主断闭合故障解决方案

2.2.1优化网压异常时的主断命令控制逻辑

网压异常时的主断命令原控制逻辑为:一旦发生网压过低,网络系统立即复位主断闭合使能DO信号,发出断开主断命令。

由于一些200km/h速度等级既有客运专线的接触网距轨面较高,使得受电弓对接触网的接触力偏弱,导致网压瞬时值偶尔会出现低于17kV的情况。因此,网压低于17kV持续时间的统计数据,将控制逻辑修改为:当网压≤17kV发生且持续0.6s后,才将主断断开。0.6s的网压瞬间中断不会对高压部件的正常工作造成影响。

控制逻辑修改后,对于发生网压≤17kV且持续不超过0.6s的情况,能够保证主断不自动断开,即不会在有电区内由于网压瞬间过低导致主断自动断开,也使得动车组在进出分相区时,主断断开和闭合过程能够正常进行,不会因此发生主断闭合故障(故障代码2020)。

2.2.2优化主断异常断开的诊断逻辑

由于网压异常的持续时间过短,在主断异常断开的诊断逻辑时序上,有时会遗漏了故障代码2013的诊断时机。为解决该问题,可在网压从17kV以下又恢复到正常值时,增加2s延时,之后再判断主断闭合使能DO信号是否变为0。此项优化可避免由于网压瞬间波动又恢复正常时,主断已经断开,但无法提示故障代码2013的情况。

经过上述优化,如果发生网压瞬时异常波动而导致主断断开,网络系统每次都能够通过司机室的显示屏进行声光报警,司机可以及时操作主断扳键,手动闭合主断。同时,也可避免动车组进入分相区前,由于司机没有发现网压瞬间过低而导致主断断开、出分相区后主断无法自动闭合的问题(故障代码2020)。

结论

断路器的正确闭合和开断,直接关系到牵引主电路能否正常工作,进而影响整个车组的行车安全和运行性能。本文分析了行车过程中断路器的三种故障现象、成因及处理方法,有利于减少因断路器故障而影响车辆的运行,在一定程度上提高了铁路运输的可靠性和安全性。

参考文献：

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[2]韩伟,廖乡萍,刘冰.动车组主断路器反馈信号故障原因分析及应对措施[J].电力机车与城轨车辆,2017,40(04):81-83.