高寒条件下动车组气动主断路器冻结失效机理与预防措施研究.pdf

高寒条件下动车组气动主断路器 冻结失效机理与预防措施研究 李勇中车长春轨道客车股份有限公司，高级工程师，吉林 长春，1 5 0 0 0 0 摘要针对动车组在北方地 区寒冷气候下运 行 时频繁 发生 气动主 断路 器失效状 况，对其失 效机理进行分析 ，原 因是 气动主 断路 器中含有 一 定的水分 ，水汽冻结导致控制 阀失效 ，气功 主 断路 器无法闭合。通过现 场实验验证和研 究 论证 ，提 出抑制风路 中的水分含量和提 高气动 主断路 器温度 的预防措施 ，为动车组 气动主断 路 器可靠工作提供保障。 关键词 动车组 ；气动主 断路 器 ；冻结 失效； 预 防措施 中图分类号 U 2 6 4 ． 3 5 文献标识码 A 文章编号1 0 0 1 6 8 3 X 2 0 1 6 0 3 0 0 5 1 0 3 1 概述 C R H 型 动车组 是 引进 法 国 阿尔斯 通公 司 高速 动车 组技 术 ，在 经过全 面吸收及 国产化后 ，已拥 有 自主生产 能力 ，具有安全 、智能、可持续 、人性化等优点 】 。 C R H 型动车组为全新设计的动力分散式结构 ，采用八辆 编组 五动 三拖 ，两个动力单元 。运 营需 要时可 由两 个短动车编组联挂成 1 6 辆长编组 ，能够在高寒环境下持 续稳定运行p ] 。动车组主断路器主要采用电动和气动操 动机构，在动车组高压电路异常时，将牵引单元高压电 路与接触网电压隔离。气动主断路器在实际运行中较电 动主断路器可靠性强，因此被广泛应用在动车组上 I 。然 而 ，C R H 型动车组在北方地区寒冷气候下运行时 ，频 繁发生气动主断路器失效状况 ，其断开一段时间后，无 法重新吸合 ，导致列车运行晚点。因此，针对动车组气 动主断路器在低温下的失效机制和应对策略进行系统研 究 。 2 气动主断路器 列车正常运行时采用单弓受流模式 ，另一受电弓处 于折叠状态备用。3 车厢或6 车厢受电弓从接触网受电， 经气动主断路器 V C B、电压互感器 、电流互感器、 避雷器等高压设备 ，由高压电缆传输至车载变压器，再 经整流逆变后传输至牵引电机，驱动列车运行。 由于气动主断路器安装在室外 ，空气本身含有的水 分及在压缩过程中产生的水分不仅能使其内部零件和操 作机构锈蚀 ，北方冬季的严寒气候还会使空气中的水汽 凝结 ，阻塞管路 ，产生的冰凌甚至影响控制阀，致使气 动主断路器不能正常工作 。C R H 型动车组高压设备 安装位置见 图1 。 基金项 目国家自然科学基金项 目 5 1 5 7 7 1 5 8 。 一 51． 高寒条件下动车组气动主断路 器冻结失效机理 与预 防措施研 究 李 勇 图1 高压设备安装位置 2 ． 1 失效机理分析 当现场环境温度低至零下十几摄氏度时，气动主断 路器断开一段时间后易出现冻结失效导致无法吸合 ，而并 未出现气动主断路器在工作中无法断开的现象。因此，其 失效包括两个外部因素一是环境温度低至零下十几摄氏 度；二是断开一段时间。前者是冻结的必要条件。 气动主断路器工作时，其内部的风路处于持续供风 状态 ，且 会有持续 电流通过 ，从 而保证气 动主断路 器 内 部的温度不会太低 ；当气动主断路器断开时，风路没有 持续循环 。气动主断路器风源来 自车厢内部，供风管路 在车下设 备舱和 车厢 内穿过 。动车组在 北方地 区冬季运 行时，供暖系统开启 ，气动主断路器风源管路穿过车厢 时被车内供暖系统加热 ，因此风路温度不会低于零度。 动车组运行时，气动主断路器的内部风源被车辆供暖系 统持续加热 ，风源的持续存在客观上给气动主断路器供 暖，风源消失失去供暖。J t L l- ，由于气动主断路器安装 在车顶 ，完全暴露 在外部环境 ，冬 季严寒 低温条 件下动 车组高速 运行 时 ，气动主 断路器 内部 的温度很快 就与环 境温度一致 ，导致其内部的水汽凝结。 2 ． 2 现场实验验证 气 动 主断 路 器 内部 是 否存 在 可 冻结 的物质 成 为 其 是否失效的决定因素 ，单纯达到冻结温度 ，没有冻结物 质 ，气动主断路器不会冻结。但气动主断路器的内部润 滑油即使在零下十几摄氏度也不会冻结 ，因此气动主断 路器中存在的水分是主要冻结物质。理论上气动主断路 器内不应有水分存在 ，整车气泵供风系统均要求为干燥 风 ，气泵风路中有干燥剂以过滤空气中的水分 ，并且干 燥剂是定期检查和定期更换。 。 5 2一 为验证气动 主断路器 冻结失效机 制 ，对在严 寒气候 条件下运用后失效的气动主断路器进行拆解。在气动主 断路 器控制 阀中较低 的位 置均发 现了水迹 ，甚 至有严重 积水 现象 见图2 。因此可以断定 ，动车组运行时 ，气 动主断路器中的水分在低温环境下结冰或凝结成冰晶是 导致其冻结 失效 的主要 原 因。而结构设计 和人为控 制是 无法保证风路中的空气完全干燥 。因此 ，应采取有效的 抑制措施 ，避免主断路器 中水汽凝 结出现失效现象。 图2 气动主断路器控制阀中积水 3 预防措施研究 分析气动主断路器出现冻结失效的原因一是风路 中存 在水 分 ；二 是温度低 于冰点 。因此 ，通过控 制这两 个原 因预 防动车组 气动主断路器冻结失效 。 3 ． 1 抑制风路中的水分含量 气动 主断路器 中的水分可 能来 自外部 环境 ，也 可能 来 自内部空气 。因此 ，从这两方面入手 ，降低气动主断 路器 中的水分含量 。