温全华
中国铁路武汉局集团有限公司武汉大功率机车检修段 湖北武汉 430070
摘 要 通过HXD1B型机车BVAC.N99D型真空主断路器控制单元工作原理及故障分析，探索控制单元失效的故障机理，从设计层面提出改进方案，同时在运用方面制定有效应对措施，保障机车运用质量稳定。
关键词 真空主断路器；控制单元；原因分析；改进；应对措施
中图分类号：U264.91+1 文献标志码：A
0 引言
HXD1B型电力机车装用的是引进瑞士赛雪龙技术的BVAC.N99D型真空主断路器，用于机车主电路的关断和接通，同时还对主电路过载和短路进行保护。2019年夏季，该型真空主断路器连续发生多起控制单元（以下简称CMDE）故障，导致主断路器无法闭合，严重影响了电力机车的正常稳定运行，造成极其不良的后果。
根据现场的初步调查，其故障主要现象为：一是CMDE电子元器件故障，造成真空主断路器排风不止；二是CMDE上的分压电阻（68R）连接线缆出现发热烧损痕迹。
1 CMDE工作原理
1.1 CMDE功能
CMDE是BVAC.N99D型真空主断路器的关键零部件之一，其功能是给真空主断路器电磁阀和保持线圈供电，并通过延时继电器得电延时来控制电磁阀的得电时间。
1.2 CMDE主要技术参数
（1）额定输入电压：DC 110V。
（2）电压波动范围：DC 77V～138V。
（3）电磁阀回路延时：575≤t≤650ms。
1.3 CMDE控制原理
1.3.1 CMDE控制原理图
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说明：图中AMP1、AMP2、AMP3、AMP6、AMP7、AMP8、AMP9、AMP10、AMP11、AMP12、AMP13、AMP14、AMP15为CMDE的AMP15芯端子号，虚线内为CMDE模块。
电磁阀、保持线圈、电阻盒、压力开关等在CMDE模块外部，其中R3为CMDE上的68Ω电阻，R2为CMDE上100Ω电阻。
1.3.2 CMDE控制原理介绍
根据原理图可知，主断路器合闸时CMDE工作原理如下：机车合主断信号发出后，在CMDE上AMP15芯端子的2点处输入110V(+),1点处输入110V(-)，压力开关在监测到储风缸气压达到提高断路器安全合闸的最小压力时闭合，则在压力开关一侧连接的10点处就有110V(+)输入，电磁阀回路在以上条件都符合时开始工作，正常状态下经过延时继电器的延时控制，给后级负载电磁阀线圈输出时间设定值为575ms-650ms的电，保持线圈通过CMDE上AMP15芯端子2、1点位得电时同步得电并保持，直至主断路器分断。其中MOS管、68Ω电阻都在电磁阀输出回路中，MOS管起到开关作用，68Ω电阻为电磁阀线圈起分压限流作用。
2 故障概况
2019年夏季，配属江岸机务段HXD1B型0039、0101、0102、0139、0156、0211机车连续发生6起真空主断路器故障，故障现象一致，均为真空主断路器CMDE上的延时继电器故障，导致主断路器闭合后，主断路器电磁阀回路不能正常断电，一直处于得电状态，导致传动风缸持续排风。同时检查CMDE电子元器件外观状态，普遍发现分压电阻（68R）处连接线缆有发热烧损现象。
3 原因分析
3.1 CMDE性能测试
对6块故障CMDE进行电性能测试，输入额定电压DC110V，在控制单元测试试验台测试其动作时间和电磁阀回路、保持线圈回路功能。测试发现：在常温下，电磁阀有回路输出；保持线圈回路功能正常，延时继电器得电时输出指示灯状态正常。但在65℃以上高温条件下，延时继电器内部触点会出现无法断开的现象，导致延时继电器功能失效，一直闭合，此时观察延时继电器指示灯状态异常。延时继电器触点不断开将直接导致CMDE上各电路单元也处于常闭合状态，电磁阀回路、保持线圈回路、分压电阻等回路常得电，继而产生持续排风和分压电阻（68R）连接线缆处发热烧损。
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4 改进方案
4.1 CMDE改进
针对HXD1B型机车BVAC.N99D型真空主断路器CMDE单元板延时继电器温度适应性较差的问题，向制造厂家反馈现状，并建议从设计层面进行改进。
4.1.1在CMDE单元板上增加一套电磁阀冗余控制系统，形成电磁阀功能的双备份。当CMDE上的电磁阀主回路有故障不能使用时，才起用冗余系统，并且使用时必须在降弓、主断分闸（无DC 110V）状态下通过紧急工作按钮手动切换至紧急工作状态，冗余系统才能启用。冗余系统仍然和主回路一样接受机车微机网络系统提供的主断分合控制信号，不是强制的手动分合主断，保证了机车主断的安全性不变。
4.1.2取消延时继电器设计，采用电子式延时电路（此电路借鉴国内外铁路系统广泛应用的延时继电器中的电子延时电路）替代，通过与控制电路都集成在一起，减少了原来延时继电器与控制电路板之间的连接环节，利用了电子元件耐高温特性，增强了控制单元在现在夏季日益严峻的高温环境下工作的稳定性。
4.1.3取消原CMDE单元板的WAGO端子排，代之以电路板集成，减少了故障产生点，增强控制单元的稳定性。
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5 应对措施
目前，真空主断路器控制单元板制造厂家通过对CMDE单元板设计进行改进以及对电子电路及元器件选型优化，生产制造了一批新型VCU-N99-A控制单元板，并通过了主机厂运用考核，效果较好，但是配属江岸机务段HXD1B型机车共计270台，在新型控制单元板投入使用之前，仍装用着原BVAC.N99D型控制单元板，质量安全隐患突出。
针对该问题，我们采取了以下应对措施，一是批量更换原BVAC.N99D型控制单元板，采用改进后的VCU-N99-A控制单元，从根源上消除真空主断路器故障隐患。二是做好新型VCU-N99-A控制单元运用质量的持续追踪，截止目前该型控制单元故障件数为0，运用质量良好。三是扩宽真空主断路器控制单元供应，目前该型真空主断路器控制单元供应较为单一，一旦出现设计或者制造缺陷，极易造成批量质量问题的发生，对此，扩宽真空主断路器控制单元供应已十分必要，目前已采用GDK04A-N99-35A型控制单元，并进行小批量装车运用考核，考核运用质量也较为良好。
6 结束语
综上所述，HXD1B型机车原BVAC.N99D型真空主断路器控制单元因延时继电器设计及选型存在缺陷，造成在高温条件下故障多发，制造企业为此也进行产品设计改进和优化升级，机车运用单位通过对有缺陷的控制单元进行批量更换，从根源上消除隐患，有效避免了更大批量质量问题的发生，同时，对换型后的控制单元质量持续追踪，运用质量良好。
参考文献：
［1］ 中车株洲电力机车有限公司.HXD1B型机车客户培训文件：电器部分［Z］.株洲：中车株洲电力机车有限公司，2009.
［2］ 颜罡.大功率交流传动9600kW六轴货运电力机车控制要求说明.2007.
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［4］ 肖闻.BVAC.N99真空主断路器110V控制单元双备份优化设计.技术应用.Vol.26,No.5,2019.
Failure analysis and countermeasures for HXD1B Locomotive High Voltage Breaker control unit
WEN Quanhua
（Wuhan High Power Locomotive Maintenance Section of China Railway Wuhan Bureau Group Co.,Ltd.,Wuhan 430070 Hubei,China）
Abstract:in this paper，By analyzing the working principle and fault of HXD1B Locomotive High Voltage Breaker control unit,explore the failure mechanism of control unit,Put forward improvement plan from the design level,At the same time,effective measures should be made in locomotive operation,Guarantee the stable operation quality of locomotive。
Key words:high voltage breaker;control unit;cause analysis;improvement;countermeasures