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SS4电力机车TDZ1 A型空气主断路器故障分析与改进措施
1 存在问题 SS4型电力机车是新乡机务段新长、新侯线牵引任务的主型电力机车。TDZ1A型空气主断路器作为SS4型电力机车的一个重要部件，承担着机车与接触电网之间高压电的引入、关断及机车电器保护等重要作用。但是由于受材质、气温、操纵的影响，主断路器灭弧室瓷瓶炸裂、犯卡等现象已经成为冬春季经常发生的惯性质量问题。由于我段新长、新侯线是高坡区段，一旦发生上述问题，严重影响到行车安全。据统计，2010年我段SS4型机车至11月底共发生机破、临修638件，其中主断路器故障就有75件，占总件数的11．7％ ，为此，通过对我段一年来机车运用中出现的主断路器故障原因及概况进行综合调研分析，提出了一些改进措施，并取得了较好的效果。主断故障情况见表1。
2 故障原因
2．1 主断路器资瓶烧损、炸裂分析
根据我段瓷瓶裂损现象进行综合分析，主要存在以下几种原因：
(1)压缩空气湿度大，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，压缩空气进入灭弧室，使动、静触头动作，动、静触头分离。此外，压缩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，空气中的水分被分解为氢、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。另一方面主断路器风源不洁净，含有较多油水及杂物等，吸附在灭弧室内表面，引起分闸时内表面闪络放电后烧损绝缘子或使灭弧室炸裂。同时含有水分的压缩空气在吹弧瞬间，会引起高压电离而拉弧，降低灭弧效果，并且烧损动、静触头，导致瓷瓶炸裂。
(2)空气主断路器灭弧室瓷瓶采用陶瓷腔体与上下金属法兰盘通过水泥黏结而成。由于陶瓷材料脆性大、抗冷热急剧变化能力差，同时和金属材料的低温收缩系数差别很大，特别是在冬季气温骤降的恶劣气候条件下由于上述因素的存在极易在瓷瓶水泥交合处最薄弱的部位产生箍紧内应力，甚至造成瓷瓶出现细微裂纹。
(3)为了提高空气主断路器的综合性能，目前所使用的TDZ1A型空气主断路器是在原TDZ1型主断路器的基础上，经过把原差动式主阀改为直动式主阀、原(I)4mm弹簧钢丝Ⅱ组材料改为 ．5mm的50CrVa材料等关键部件的改进，使主断路器的灭弧性能和分断能力有所提高。同时也增加了分闸瞬间的高风压对主动触头的冲击力和分闸后复原弹簧反力作用对主动触头座的冲击力，而相应缓冲垫在低温情况下会变硬，降低缓冲效果。
(4)主断灭弧室瓷瓶动、静触头闭合不到位。如：主触头复原弹簧使用周期长或材质存在局部缺陷在使用中产生卡位、疲劳、断裂以及动、静触头在组装过程中形位公差大，没有完全对中，使接触线达不到80％、接触电阻大于200tzl-／。此时，合主断后主动、静触头会产生不接触或虚接现象，辅压一般显示200V左右，主断已经显示闭合，且起劈相机正常。如果继续牵引给流，当电流达到一定值时，动、静触头处会急剧发热产生强大电弧、放电，烧损触头，由于灭弧腔内温度、压力急剧升高而与灭弧室外温差很大，引起灭弧室瓷瓶炸裂(一般都是从动触头根部断裂)。之后，由于感应过电压以及非线性电阻特性使瞬间大电流通过非线性电阻，而非线性电阻容量有限，很快也会过热烧损而炸裂。
(5)主断路器灭弧室瓷瓶外表面不够清洁或防污闪性能下降，引起高压或操作过电压闪络，烧损灭弧室瓷瓶釉面。
2．2 主断犯卡
从主断路器的动作原理大致分析其卡位的原因如下：
(1)合闸阀顶杆顶力不够，或合闸线圈反力弹簧力太大，或合闸线圈撞块与合闸阀杆二者有过大偏差，造成合闸阀不能全开，进气量不足，致使传动气缸主活塞右侧压力不够，可能卡位。
(2)延时阀上的反力弹簧过大，传动风缸主活塞左移时，左侧的压缩空气不能迅速全部排出，因而阻止了主活塞左移，可能卡位。
(3)储风缸压力不够，使传动风缸主活塞动作缓慢，无法立即到位，可能卡位。
(4)主断路器转轴变形，传动轮啮合不良或定位机构损坏等，都有可能使主断卡位。
2．3 隔离开关触指超程。法兰盘裂损
此类故障发生的频率较高，造成此故障的原因比较简单，主断路器分断动作时，在动触头完成分断后，传动气缸控制隔离开关动作，断开主回路，由于隔离开关和转动瓷瓶均具有一定的质量，在瞬间制停到位时，必然产生很大的惯性冲击。主断路器中转动瓷瓶安装螺丝松动、控制轴销及传动气缸连杆和十字头销等在运用中磨损严重，都能直接影响隔离开关触指的行程。隔离开关转动瓷瓶法兰的裂损只发生在TDZ1A型主断路器上，其直接原因是TDZ1A型主断路器隔离开关静触头中部设有限制凸台，隔离开关触指超程后就会冲击凸台，其结果极易引发转动瓷瓶法兰盘的裂损。
2．4 动触头与动触头座分离
主断动触头底座分离、断裂等故障，该故障危害很大，轻则使主断动、静触头分离不开，重则造成主断灭弧室瓷瓶炸裂，严重危及行车安全。灭弧室结构如图1所示。
经过对动触头仔细剖析，发现动触头底座分离、断裂原因有：(1)动触头底座强度不够；(2)动触头底座导向角为直角，压装时容易刮伤触头内壁，导致触头与底座接触强度不够。
3 改进措施
3．1 瓷瓶炸裂的防治
(1)在检修作业中主断路器每次小修必须更换复原弹簧以及缓冲垫，加强主断路器灭弧室瓷瓶组装过程中形位公差的配合，保证主动、静触头接触可靠、无偏差，避免接触偏差引起的组装应力。另外加强机车小辅修及整备作业中主断路器瓷瓶的状态检查和清洁保养，对防污闪性能下降的瓷瓶重新喷涂防污闪材料。
(2)使用新材料的HZ2273C型环氧树脂灭弧室绝缘子替代原陶瓷质的2273B型灭弧室瓷瓶。消除混合材料所产生的内部自然应力。缓冲垫材料选用添加聚丁二烯的改性丁苯橡胶材料，其耐寒性可提高15～20 ，优化缓冲效果。
(3)在主断储风缸进风口加装调压阀，因为TDZ1A型主断路器最小工作风压为0．35MPA，没接调压阀前直接接总风压力时，直动式主阀分闸时对主动触头座的冲击力很大，将风缸压力调整在0．5～0．6MPA之间，可大大减小直动式主阀分闸时对主动触头座的冲击力。
(4)加强主断路器空气油水分离器的检查，对油水分离器以及储风缸经常排水，保证风源的清洁度，下车主断风缸接头必须进行堵头防护，防止异物进行储风缸，保证风源质量。
3．2 主断犯卡改进措施
(1)保证在较高风压下，至少0．5MPA压力以上进行分断操作，并且注意操作要平稳，不要过于频繁。
(2)对于合闸阀顶杆力不够或合闸线圈反力弹簧力太大等情况，在检修时适当调整合闸阀线圈及延时阀反力弹簧的反力。
(3)针对主断路器转轴变形、传动齿轮啮合不良等情况要加强检查，在齿轮啮合处涂摸润滑脂，改善啮合条件。
3．3 隔离开关触指超程。法兰盘裂损改进措施
(1)在主断路器检测试验中，制定相关措施，要求隔离开关动触闭合到位后，距静触头凸台距离不能小于10mm。
(2)严格掌握各传动轴、销状态，发现不良处所及时处理，超磨到限的均予以更换。
(3)定期分解检查传动风缸，在检测实验中保证缓冲性能良好。
(4)将已裂损的法兰盘换下，消除裂纹后，用铜焊修复。
3．4 动触头与动触头座分离改进措施
(1)把触头底座内壁直径减小2mm。
(2)触头导向角直角部分改为弧度为11。20 。
(3)触头底座圆筒外部滚花齿距改为1．5。
通过以上改良较好解决了动触头底座分离、断裂这个问题，在2010年度通过现场检查与跟踪，未出现一起该故障，保证了机车的运行安全。
4 结束语
空气主断路器作为SS4机车上的一个重要保护部件，它的正常运用是行车安全的重要保证，主断路器故障也是困扰我们的一大难题，经过多年的运用我段在空气主断路器的集中检修、运用、管理方面积累了丰富的经验，通过采取包括上述改进措施在内的一系列治理措施，在空气主断路器的运用中取得了较好的效果。
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