电力机车主断故障原因及处理和防范措施

SS4改型机车主断路器故障的原因及处理和防范措施
摘要：总结SS4型电力机车主断路器在运用过程中的常见故障，分析其故障原因，并提出了针对机车乘务员的故障处理方法及其日常保养措施。

关键词：电力机车；主断路器；运用故障；原因分析
SS4改进型电力机车自2001年配属我段投入运用以来，充分体现了牵引力大、速度高、操纵简便、安全可靠等优点。

但在运用中也相继暴露了一些质量问题，主断路器故障就是一个比较突出的问题尤其是冬季气温低的大雾天气，已多次造成机破、临修，不仅影响机车运行的安全，而且影响牵引任务的完成。

主断路器作为电力机车的一个重要部件，直接担负着机车与接触网之间高压电的引入、退出及机车的保护等重要使命。

主断路器在电路中处于高压部分，且布置于车顶．一旦发生故障往往会引发较为严重的后果。

1 故障现象及原因分析
1．1灭弧室瓷瓶和非线性电阻瓷瓶炸损、炸裂
日前我段配备的SS4改进型机车装用TDZ1A一10／25型主断路器。

主断路器瓷瓶的烧损、炸裂是多发故障，故障的部位也较广，如灭弧瓷瓶、支持瓷瓶及非线性电阻瓷瓶等。

该故障发生的主要原因如下：
（1）瓷瓶外部清洁不良
主断路器通过受电弓与高压电网相接，而机车主变压器原边绕组一端接地．亦即主断路器带电部分与机车壳体间存在着25 kV的高压，若主断路器瓷瓶表面清洁不良，易引发瓷瓶表面对壳体放电、爬电闪络，从而烧损瓷瓶表面釉层，破坏瓷瓶的绝缘性能。

（2）压缩空气的干燥度、清洁度不高
主断路器的分断和灭弧主要是由压缩空气来完成的，在分断动作过程中，压瓣空气进入灭弧室，使动触头动作，动、静触头分离。

此时，压绾空气在触头喷口处形成一股高速气流，对动、静触头分离时的电弧进行强烈的气吹和冷却，迫使电弧在电流过零时熄灭，从而实现电路的可靠分断。

当空气过于潮湿时，在电弧的作用下，空气中的水分赦分解成氢、氧等气体，当氢氧气体浓度达到一定程度时，容易发生剧烈燃烧，造成灭弧瓷瓶的炸裂当空气不洁净时，动触头分断后，断口处的绝缘下降，造成电弧熄灭困难或产生重击穿，长时间燃弧会造成灭弧室内温度急剧升高．内部压力上升很快，造成灭弧瓷瓶炸裂。

潮湿和不洁的气体还会造成支持瓷瓶内壁绝缘强度降低，静触头根部在支持瓷瓶内沿壁面拉弧放电，造成支持瓷瓶炸裂。

（3）主断路器内部零件故障
因主断路器动作频繁、分断窖量大、内部结构较复杂，其内部零件故障等也会造成主断路器瓷瓶炸裂。

如动融头复原弹簧折断、卡滞、主阀漏风、动触头与袖触
头座分离等均会造成主断路器动、静触头接触不良、拉弧等，从而造成主断路器瓷瓶炸裂。

（4）非线性电阻瓷瓶炸裂
非线性电阻瓷瓶的炸裂与其通电时间长短和通电电流的大小密切相关。

非线性电阻瓷瓶爆炸，而灭弧室瓷瓶良好，其原因为动、静触头根本未闭合，动、静触头间隙大，未形成拉弧、放电。

机车进行牵引给流时，电流完全从非线性电阻流过，当大电流流过时，非线性电阻烧损，非线性电阻瓷瓶爆炸。

灭弧室瓷瓶爆炸，而非线性电阻瓷瓶良好，其原因为动、静触头闭合不到位引起接触电阻太大，当进行牵引给流时，动、静触头处产生强大的拉弧、放电，灭弧室内腔温度急剧升高，瓷瓶内腔与外部温差大，灭弧室瓷瓶爆炸。

下列情况易引发非线性电阻瓷瓶的炸裂：a.主断路器动、静触头闭合不到位。

该故障的具体原因主要有：动、静触头严重烧损，当烧损程度使动、静触头的接触线占周长小于80％或主触头接触面间的电阻大于200MΩ；灭弧室复原弹簧有朔性变形；动、静触头喷口内表面有金属颗粒飞溅；动触头行程不符合要求；动、静触头同轴度不符合要求，未对中，造成气流不均匀；灭弧室瓷瓶动触头侧法兰盘处断裂。

当机车进行牵引给流时，动、静触头产生拉弧、放电，灭弧室内腔温度升高，内外温差大，在瓷瓶相对脆弱的根部断裂。

b.空气管道中有异物，如潦皮、锈渣等进入灭弧室，垫在动、静触头之间，或者动、静触头因频繁撞击雨造成接触不良，这时接触电阻增大，非线性电阻长时间承受电压、通过电流，非常容易造成电阻片烧损，严重的甚至会导致非线性电阻瓷瓶炸裂。

c.因非线性电阻瓷瓶内部密封不良，电阻片吸潮，性能发生变化．在主断路器分闸动作时，流过较大电流，也会产生过多热量，导致瓷瓶炸裂。

这几种情况非线性电阻瓷瓶爆炸都与机车牵引给流有关，如果发现辅助电压低，不进行牵引给流非线性电阻瓷瓶是不会爆炸的。

正常情况下，辅助电压表显示的范围为310—460V，若运行中辅助电压偏低（一般在200V左右），则基本可以肯定主断瓷瓶有故障。

上述机车主断路器瓷瓶断(炸)损故障主要发生在寒冷天气(气温一般在一l5℃以下)、气压低、雾气大的天气。

(5)瓷瓶机械强度低
灭弧室瓷瓶受机械力作用时易于断损。

当主断路器动静触头开断时，储风缸压力为700～900 kPa的压缩空气进入灭弧室瓷瓶内腔，打开主断路器动、静触头，冲力为水平方向。

而动触头及金属器件质量大，且装于灭弧瓷瓶根部，瓷瓶受重力作用，动触头在灭弧室瓷瓶的压缩空气力(机械力)和动触头装置自身重力联合作用下开闭，极易造成断损。

如果是冬季，加上瓷瓶材料冷脆性，约有l／3的瓷瓶断损是在动触头根部，断损面似平面。

这说明瓷瓶在与动触头金属器件连接处应力集中。

1．2 主阀卡位
主阀（如下图）卡位就是主阀活塞卡在主阀阀体中某一位置，导致主断路器储风缸通过灭弧室直接与大气相通。

在实际运用中，主阀卡位故障率很高，而且有时必须更换整台主断路器，严重影响机车运用效率。

主阀卡位故障的原因大体分为：(1)主阀阀体和活塞材质热膨胀系数不同。

在机车电气设备工作发热时，车内温度高于大气温度，活塞膨胀量大，造成卡位。

(2)主阀阀体与活塞配合尺寸不尽合理,活塞的精度低，导致活塞卡在主阀体内。

图 2 主阀
1—主阀体；2—密封圈；3—衬套；4—阀门；5—弹簧；6—阀杆；7—活塞
1．3 起动阀故障
起动阀故障主要是阀杆弯曲变形。

分闸阀杆变形造成压缩空气无法进入主阀，使主阀进风阀口打开，储风缸的压缩空气不能进入灭弧室；合闸阀杆变形使压缩空气无法进入传动气缸，推动活塞动作完成合闸。

1．4 传动机构卡滞
传动机构卡滞主要指传动风缸内部活塞与铜套间滑动不灵活，活塞行程不到位，造成隔离开关无法闭合到位。

其原因主要有：
(1)传动风缸套筒与活塞杆的径向间隙小。

(2)滑动面油脂润滑不良。

2．针对机车乘务员的故障处理
综上所述，除瓷瓶内腔有水或非线性电阻片性能发生变化所引起的瓷瓶炸裂外，一般在瓷瓶炸裂前，辅助电压都会低于正常值，所以机车乘务员在升弓、合闸后必须观察辅助电压，防止主断路器瓷瓶炸裂故障的发生。

首先，要求机车乘务员合主断前，必须关断所有辅机，特别是劈相机，不允许
将劈相机打自起位，防止主断路器主触头闭合不到位，而直接起动劈相机，导致瓷瓶炸裂。

合“主断”后必须观察辅助电压，不要单纯依赖主台“主断”灯来判断，主台故障显示屏中“主断”灯受主断路器隔离开关辅助联锁控制，只要隔离开关闭合到位，主台“主断”灯便熄灭，但并不代表主断灭弧室主触头闭合到位，只有观察辅助电压才可判断。

合“主断”后，若辅助电压低，绝不允许合“劈相机”、进行牵引给流，应立即断电、降弓，然后断、合几次主断路器，再升弓、合闸。

同时仔细观察辅助电压表，若辅助电压上升速度正常，达到正常范围值而且表针稳定不抖动时，可以进行后续操作；若辅助电压上升速度缓慢，说明主断路器主触头闭合依旧不到位，不允许在辅助电压缓慢上升并达到正常值后，进行牵引给流，应确认“主断”在断开位后，切除该节车。

以上处理都是针对故障发生在操纵节的情况。

若发生机车合“主断”后，A，B节主台“主断”灯灭，非操纵节“零压”灯亮的故障时，首先应明确“零压”灯亮的几种原因：网压低；286KT本身整定值偏低；“主断”未闭合；“主断”主触头闭合不到位，造成辅助电压低。

其次，可按如下程序进行故障处理：
(1)观察网压(若网压低不可能一节车“零压”灯亮)；
(2)观察主断是否闭合(通过主台故障显示屏即可判断主断隔离开关已处闭合状态)；
(3)机车乘务员应立即去非操纵节观察辅助电压。

若辅助电压显示正常可以人为顶死286KT或将236QS打故障位维持运行；若辅助电压低，不允许人为顶死286KT或将236QS打故障位，必须按上述机车故障处理方法进行处理。

另外乘务员出勤后和退勤前应对机车进行全面的检查和保养。

(1)检查储风缸进气路分水滤汽器，并排放内部积水。

(2)对于车顶上各高压器件的损伤情况及紧固件的松动情况进行检查及清扫保洁。

(3)检查各瓷瓶及安装座是否有裂纹或松动现象，以便及时更换、修理，既使没有问题也要进行擦拭，保持瓷瓶及安装座的净洁和紧固。

(4)在机车运用中，规定每班必须对主断路器储风缸进行排水，并纳人出乘作业标准之中检修与保养
参考文献：
[1] 刘绍峻．高压电器．北京：中国铁道出版社，1984
[2] 陈开运．主断路器．北京：中国铁道出版社，1984
[3] 张有松，朱龙驹．韶山4型电力机车．北京：中国铁道出版社，1998。