振動(dòng)對(duì)繼電器可靠性的影響分析

0引言

設(shè)備振動(dòng)是動(dòng)車組運(yùn)行過(guò)程中的一個(gè)重要因素,它可能對(duì)繼電器的可靠性產(chǎn)生直接或間接的影響^[1]。動(dòng)車組設(shè)備振動(dòng)主要來(lái)源于列車行駛時(shí)的軌道不平順、車輛的自身振動(dòng)以及各種外界環(huán)境因素的作用。

繼電器的失效可能導(dǎo)致動(dòng)車組中控制和保護(hù)功能的失效,進(jìn)而對(duì)列車的運(yùn)行安全性和可靠性產(chǎn)生嚴(yán)重影響。本文以摩爾斯.史密特(Mors Smitt)過(guò)流保護(hù)繼電器為對(duì)象,結(jié)合實(shí)際案例,深入研究動(dòng)車組設(shè)備振動(dòng)對(duì)繼電器可靠性的影響。

1動(dòng)車組設(shè)備振動(dòng)特性

動(dòng)車組設(shè)備振動(dòng)特性是指動(dòng)車組設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)的一系列特點(diǎn)和參數(shù),受到諸多因素的影響,例如輪對(duì)、車體彈性變形、車輛加速度等。重點(diǎn)分析以下幾種振動(dòng)。

1.1 縱向振動(dòng)

列車在運(yùn)行過(guò)程中存在著頻繁的加速和剎車振動(dòng)。縱向振動(dòng)頻率主要由列車重量和坡度決定或制動(dòng)力導(dǎo)致的振動(dòng)。

1.2 橫向振動(dòng)

橫向振動(dòng)又稱側(cè)傾振動(dòng),是指列車在運(yùn)行過(guò)程中由于曲線半徑、鐵軌轉(zhuǎn)角或運(yùn)行速度等導(dǎo)致的側(cè)向振動(dòng)。列車的側(cè)向振動(dòng)幅度不宜過(guò)大,因?yàn)闄M向荷載會(huì)對(duì)鐵軌和車輛構(gòu)件造成磨損。

1.3 垂向振動(dòng)

垂向振動(dòng)是指列車在運(yùn)行過(guò)程中由鐵軌高低不平或車輛輪對(duì)偏差導(dǎo)致的上下振動(dòng)。垂向振動(dòng)頻率主要受車體質(zhì)量和懸掛系統(tǒng)剛度影響。

了解動(dòng)車組設(shè)備振動(dòng)的特性 對(duì)于分析振動(dòng)對(duì)繼電器可靠性的影響具有重要意義。

2 故障案例

2023年3月至6月,CRH1E型動(dòng)車組在運(yùn)行中經(jīng)常發(fā)生網(wǎng)側(cè)過(guò)電流檢測(cè)電路故障導(dǎo)致受電弓 自動(dòng)降下。

2.1控制原理/機(jī)械安裝結(jié)構(gòu)

2.1.1CRH1E型動(dòng)車組網(wǎng)側(cè)過(guò)電流檢測(cè)電路故障控制邏輯介紹

過(guò)流檢測(cè)繼電器監(jiān)控來(lái)自車頂電流互感器的電流,當(dāng)出現(xiàn)過(guò)流時(shí)繼電器動(dòng)作,斷開(kāi)緊急切斷繼電器的供電使其觸點(diǎn)斷開(kāi)給數(shù)字輸入輸出單元(MIO模塊)的“無(wú)過(guò)流”信號(hào)變?yōu)?,當(dāng)故障車廂的受電弓處于升弓狀態(tài),報(bào)“網(wǎng)側(cè)過(guò)電流緊急降弓”;當(dāng)故障車廂的受電弓處于降弓狀態(tài),則報(bào)“網(wǎng)側(cè)過(guò)電流檢測(cè)電路故障”。

2.1.2Mors Smitt過(guò)流保護(hù)繼電器簡(jiǎn)介

Mors Smitt過(guò)流保護(hù)繼電器是一種常見(jiàn)的用于電路保護(hù)的繼電器。它主要用于監(jiān)測(cè)電路中的過(guò)流情況,并在過(guò)流超過(guò)設(shè)定值時(shí)觸發(fā)動(dòng)作,切斷電路以保護(hù)電氣設(shè)備的安全運(yùn)行。在動(dòng)車組中,Mors Smitt 過(guò)流保護(hù)繼電器起到了重要的作用,能夠及時(shí)檢測(cè)電路中的異常情況,避免因過(guò)流引起的設(shè)備損壞和事故發(fā)生。過(guò)流保護(hù)繼電器主要參數(shù)如表1所示。

2.1.3過(guò)流保護(hù)繼電器安裝位置

保護(hù)繼電器安裝在走廊旁邊的配電柜內(nèi),旁邊為客運(yùn)備品柜(包含行李架)。

2.2運(yùn)行中捕捉的振動(dòng)情況

在故障排查的過(guò)程中敲擊過(guò)流保護(hù)繼電器,繼電器常閉觸點(diǎn)斷開(kāi),更換上新的繼電器后進(jìn)行敲擊試驗(yàn)也存在常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)的現(xiàn)象。為了排查振動(dòng)對(duì)繼電器觸點(diǎn)工作的影響,在過(guò)流繼電器上安裝加速度傳感器,檢測(cè)橫向、垂向和縱向的振動(dòng)情況^[3],如圖1所示。

檢測(cè)故障時(shí)間段:過(guò)流保護(hù)繼電器振動(dòng)X方向5.3g、Y方向6.3g、Z方向6.3g;其他時(shí)間段的振動(dòng)均小于2g,如圖2所示。

2.3 敲擊振動(dòng)測(cè)試

在02車對(duì)過(guò)流保護(hù)繼電器進(jìn)行敲擊振動(dòng)測(cè)試,測(cè)試能使其常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)的最小振動(dòng)值,在X、Y、Z三個(gè)方向分別逐漸增加敲擊力度,X方向或者Y方向當(dāng)振動(dòng)值大于6g后,過(guò)流保護(hù)繼電器觸點(diǎn)斷開(kāi),Z方向即繼電器安裝的垂直方向敲擊未出現(xiàn)故障。試驗(yàn)的數(shù)值與故障時(shí)的數(shù)值相符,如圖3所示。

以上數(shù)據(jù)表明,過(guò)流保護(hù)繼電器受振動(dòng)導(dǎo)致觸點(diǎn)斷開(kāi)。

2.4振動(dòng)源的查找

檢查高壓控制柜隔壁的客運(yùn)備品柜,備品柜上部行李架放下后,左右側(cè)柜板各裝有一個(gè)止擋,用于支撐行李架,其中右側(cè)止擋固定的柜板與高壓控制箱共用,過(guò)流保護(hù)繼電器與止擋安裝“背靠背”的關(guān)系,相對(duì)位置高低差約7 cm,水平位置重合,如圖4所示。

分別對(duì)高壓控制柜周邊9個(gè)位置進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn),來(lái)排查不同位置的振動(dòng)對(duì)過(guò)流保護(hù)繼電器的影響。在第七次、第八次用手抬起行李架后讓其自由落下,行李架碰撞到止擋后產(chǎn)生撞擊聲,此時(shí)振動(dòng)測(cè)試儀檢測(cè)到的振動(dòng)數(shù)據(jù)在Y方向最大值有6.44g,過(guò)流保護(hù)繼電器觸點(diǎn)斷開(kāi),其他位置的振動(dòng)未復(fù)現(xiàn)故障,如圖5所示。

檢查02車備品柜上方行李架,用手抬起到上方最大位置其阻尼感較輕,如不用定位固定,輕微晃動(dòng)很容易自由落下與止擋碰撞。對(duì)比檢查了其他的高壓控制箱和備品柜,發(fā)現(xiàn)07、10、15車的行李架對(duì)比02車,在最高位有較明顯的阻尼,且自由下落對(duì)止擋的沖擊程度也不相同。分別在02、07、10、15車試驗(yàn),結(jié)果見(jiàn)表2。試驗(yàn)結(jié)果表明,行李架的阻尼失效的情況下,可造成過(guò)流保護(hù)繼電器失效。

模擬從備品柜內(nèi)朝向過(guò)流保護(hù)繼電器方向敲擊間壁,和在行李架放平的狀態(tài)下放入大件行李的沖擊,示意圖如圖6所示,結(jié)果如表3所示。

以上數(shù)據(jù)表明,備品柜上方行李架自由落下與止擋碰撞導(dǎo)致過(guò)流保護(hù)繼電器觸點(diǎn)斷開(kāi),從而報(bào)出網(wǎng)側(cè)過(guò)電流檢測(cè)電路故障。

2.5整改措施

過(guò)流保護(hù)繼電器在運(yùn)行途中受到備品柜的上方行李架自由落下與止擋碰撞,在較大振幅的振動(dòng)條件下,出現(xiàn)誤動(dòng)作的現(xiàn)象,鑒于行李架為旅客存放行李的地方,無(wú)法避免外界因素導(dǎo)致對(duì)繼電器的沖擊。為了避免這種工況將繼電器移走(圖7),以免沖擊帶來(lái)的影響。

3總結(jié)

本文從實(shí)際案例出發(fā),通過(guò)模擬驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)垂向加速度對(duì)繼電器的影響最大。因此,在動(dòng)車組的設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中,應(yīng)該充分考慮動(dòng)車組垂向減速度對(duì)設(shè)備振動(dòng)的影響,并建議如下:

1)進(jìn)一步研究動(dòng)車組設(shè)備振動(dòng)對(duì)繼電器可靠性的影響機(jī)理。通過(guò)深入理解振動(dòng)對(duì)繼電器內(nèi)部元件的影響機(jī)制,可以更好地設(shè)計(jì)和改進(jìn)繼電器的結(jié)構(gòu),提高其抗振能力。

2)開(kāi)展更多實(shí)驗(yàn)和測(cè)試,探究不同振動(dòng)參數(shù)對(duì)繼電器可靠性的影響程度。通過(guò)對(duì)不同振動(dòng)參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)的測(cè)試和分析,可以建立起振動(dòng)參數(shù)與繼電器可靠性之間的定量關(guān)系,為繼電器的設(shè)計(jì)和選型提供科學(xué)依據(jù)。

3)研究繼電器的故障診斷和預(yù)測(cè)方法。通過(guò)對(duì)繼電器故障模式和特征的研究,可以開(kāi)發(fā)出有效的故障診斷和預(yù)測(cè)方法,提前發(fā)現(xiàn)和解決繼電器的故障問(wèn)題,提高動(dòng)車組的可靠性和安全性^[4]。

4)探索新型繼電器的應(yīng)用。隨著科技的不斷發(fā)展,新型繼電器的應(yīng)用前景廣闊。

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2024年第12期第17篇