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摘要：HXD3型大功率交流传动电力机车是我国重载铁路运输系统中的主力型机车。作为HXD3型大功率电力机车高压电器的重要组成部件，主断路器用于接通牵引传动电路，同时对机车进行过载以及短路保护，其可靠性直接影响机车的安全运行。因此，本文针对HXD3型电力机车主断路器可靠性进行分析研究，并提出改善主断路器可靠度的措施。
关键词：HXD3型电力机车;主断路器;可靠性
0 引言
2014年4月，在大秦铁路上，我国成功进行了牵引重量为3万吨的重载列车试验，这标志着我国铁路重载技术迈入世界领先水平，被视为我国重载铁路发展的里程碑。随着"一带一路"战略的实施，我国与沿线国家的联系日趋紧密，商品货物运输量急剧增加，重载铁路将迎来发展的黄金时期。根据规划，我国将新建专用重载铁路，同时对既有客货混运铁路进行改造，逐步升级为重载铁路。2019年9月，全长1813.5公里的浩吉铁路建成通车。浩吉铁路是世界上一次建成、里程最长的重载铁路，是新时代中国重载铁路的标杆工程。目前，在重载铁路上承担运输任务的主力机车为和谐型大功率电力机车，相对于传统的直流电力机车，和谐型大功率电力机车具有功率大、黏着性能好、节能环保等优点，其使用的交流传动技术已经成为现代电力机车发展的趋势。
HXD3型大功率交流传动电力机车由中车大连机车车辆有限公司研发制造，轴式为Co-Co，机车轴输出功率7200kW，最高运行速度120km/h。机车满足环境温度在-40°C～40°C，海拔高度在2500m以下的条件，可以3组机车重联控制运行[1]。
电力机车的主断路器具有多个组成部分，每一部分的运行情况对于整体的运行都有着至关重要的影响，因此可将HXD3型大功率交流传动电力机车的主断路器视为一个串联系统。杨云聪、王蕴等[2-4]以串、并联系统为对象，对其进行了可靠性研究分析。王华胜等[5]将可靠性划分了不同的等级，采用综合评分法对动车组整车可靠性指标分配。文献[6-8]以可靠性为基础进行了建模，考虑了预防性维修的方式，以可靠度阈值为约束条件，当部件可靠度衰减到标准阈值时进行部件的维护，保证了系统的正常运行。
1 HXD3型电力机车主断路器的优点和工作原理
1.1 HXD3型电力机车主断路器的优点
HXD3型电力机车主断路器在牵引电路的网侧电路中，使用BVACN99型真空断路器，具有工作状态稳定、绝缘性好、开断容器大、使用寿命长、便于维修等优点。（图1）
1.2 HXD3型电力机车主断路器工作原理
当主断路器的控制电源得电时，电磁阀打开，储风缸中的压缩空气通过电磁阀进入传动风缸，推动活塞运动，连接活塞的高压主触头也随之发生位移。当活塞运动到末端时，保持线圈通电，高压主触头闭合，传动风缸排出压缩空气，主断路器闭合。当主断路器的控制电源失电时，保持线圈失电，恢复弹簧推动活塞复位运动，高压主触头断开，真空开关管灭弧。當活塞复位时，电磁阀关闭，分闸操作结束。
2 主断路器可靠性模型
2.1 可靠性框图
2.2 数学模型
从可靠性框图可以看出，电磁阀、储风缸，传动风缸、恢复弹簧、高压主触头、保持线圈如果任一元件发生故障，主断路器系统就无法工作，故主断路器系统可视为串联模型，其所对应的数学模型为：
为提高系统可靠度，可尽可能减少串联单元数;提高单元可靠性，降低其故障率λi（t）;缩短工作时间t[9]。
3 主断路器可靠性预计与再分配
经过可靠度再分配后，系统满足了规定的可靠度指标。
综上所述，为了提高该主断路器的可靠度，可采取以下措施：①采用刚度和强度较大的恢复弹簧;②对保持线圈进行必要的技术的改进，提高其运行可靠性;③加强对主断路器工作状态的检测，同时，增加各个原部件的保养次数。
主断路器故障统计数据是开展可靠性分析的基础，尤其是主断路器在不同环境中运用阶段收集的数据，反映的问题更为典型，因此需要铁路各部门协调配合，分析研究出故障机理。同时，基于统计数据，可以通过极大似然估计法等方法对主断路器寿命可靠性进行分析研究，结合部件维护模型，制定出高效、安全、绿色、经济的预防性维护策略，从而保证机车运行的安全性。
对于某一串联系统而言，由于其集成度较高，任一单元发生故障都会引起系统的无法正常运行。本文建立了主断路器串联系统的可靠性模型，对于不同单元的可靠度进行了计算，将系统可靠性与可靠性指标进行对比，当低于此值时，对可靠度较低的单元进行可靠度调整。运用此种方法，结合主断路器工作实际情况，能够有效的提高系统其可靠度，降低故障发生的可能性，保障机车运行的安全性。
参考文献：
[1]张健，陈勇.HXD3型大功率交流传动货运电力机车特点及故障处理[J].机车电传动，2008，3：8-11.
[2]杨云聪.两部件串联系统的计划型与机会型预防维修策略研究[D].西南交通大学，2013.
[3]王蕴，王乃超，马麟，李铁，邓浩然.考虑备件约束的多部件串联系统使用可用度计算方法[J].航空学报，2015，36（04）：1195-1201.
[4]夏唐斌，奚立峰，周晓军，潘尔顺.串并联衰退系统的多目标预防性维护优化建模[J].计算机集成制造系统，2010，16（04）：783-788.
[5]王华胜，王忆岩，谢川川，胡晓依.CRH2型动车组可靠性建模与分配[J].铁道学报，2009，31（05）：108-112.
[6]王灵芝，徐宇工，张家栋.基于设备有效度和可靠度的预防修经济优化模型[J].机械工程学报，2010，46（04）：163-168.
[7]金玉兰，蒋祖华，侯文瑞.以可靠性为中心的多部件设备预防性维修策略的优化[J].上海交通大学学报，2006（12）：2051-2056.
[8]周晓军，奚立峰，李杰.一种基于可靠性的设备顺序预防性维护模型[J].上海交通大学学报，2005（12）：2044-2047.
[9]曾声奎，赵廷弟，等.系统可靠性设计分析教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004.
[10]马世骁，王钰，石飞，等.高压断路器寿命可靠性判断法[J].辽宁工程技术大学学报，2006，（25）11：170-172.
关键词：HXD3型电力机车;主断路器;可靠性
0 引言
2014年4月，在大秦铁路上，我国成功进行了牵引重量为3万吨的重载列车试验，这标志着我国铁路重载技术迈入世界领先水平，被视为我国重载铁路发展的里程碑。随着"一带一路"战略的实施，我国与沿线国家的联系日趋紧密，商品货物运输量急剧增加，重载铁路将迎来发展的黄金时期。根据规划，我国将新建专用重载铁路，同时对既有客货混运铁路进行改造，逐步升级为重载铁路。2019年9月，全长1813.5公里的浩吉铁路建成通车。浩吉铁路是世界上一次建成、里程最长的重载铁路，是新时代中国重载铁路的标杆工程。目前，在重载铁路上承担运输任务的主力机车为和谐型大功率电力机车，相对于传统的直流电力机车，和谐型大功率电力机车具有功率大、黏着性能好、节能环保等优点，其使用的交流传动技术已经成为现代电力机车发展的趋势。
HXD3型大功率交流传动电力机车由中车大连机车车辆有限公司研发制造，轴式为Co-Co，机车轴输出功率7200kW，最高运行速度120km/h。机车满足环境温度在-40°C～40°C，海拔高度在2500m以下的条件，可以3组机车重联控制运行[1]。
电力机车的主断路器具有多个组成部分，每一部分的运行情况对于整体的运行都有着至关重要的影响，因此可将HXD3型大功率交流传动电力机车的主断路器视为一个串联系统。杨云聪、王蕴等[2-4]以串、并联系统为对象，对其进行了可靠性研究分析。王华胜等[5]将可靠性划分了不同的等级，采用综合评分法对动车组整车可靠性指标分配。文献[6-8]以可靠性为基础进行了建模，考虑了预防性维修的方式，以可靠度阈值为约束条件，当部件可靠度衰减到标准阈值时进行部件的维护，保证了系统的正常运行。
1 HXD3型电力机车主断路器的优点和工作原理
1.1 HXD3型电力机车主断路器的优点
HXD3型电力机车主断路器在牵引电路的网侧电路中，使用BVACN99型真空断路器，具有工作状态稳定、绝缘性好、开断容器大、使用寿命长、便于维修等优点。（图1）
1.2 HXD3型电力机车主断路器工作原理
当主断路器的控制电源得电时，电磁阀打开，储风缸中的压缩空气通过电磁阀进入传动风缸，推动活塞运动，连接活塞的高压主触头也随之发生位移。当活塞运动到末端时，保持线圈通电，高压主触头闭合，传动风缸排出压缩空气，主断路器闭合。当主断路器的控制电源失电时，保持线圈失电，恢复弹簧推动活塞复位运动，高压主触头断开，真空开关管灭弧。當活塞复位时，电磁阀关闭，分闸操作结束。
2 主断路器可靠性模型
2.1 可靠性框图
2.2 数学模型
从可靠性框图可以看出，电磁阀、储风缸，传动风缸、恢复弹簧、高压主触头、保持线圈如果任一元件发生故障，主断路器系统就无法工作，故主断路器系统可视为串联模型，其所对应的数学模型为：
为提高系统可靠度，可尽可能减少串联单元数;提高单元可靠性，降低其故障率λi（t）;缩短工作时间t[9]。
3 主断路器可靠性预计与再分配
经过可靠度再分配后，系统满足了规定的可靠度指标。
综上所述，为了提高该主断路器的可靠度，可采取以下措施：①采用刚度和强度较大的恢复弹簧;②对保持线圈进行必要的技术的改进，提高其运行可靠性;③加强对主断路器工作状态的检测，同时，增加各个原部件的保养次数。
主断路器故障统计数据是开展可靠性分析的基础，尤其是主断路器在不同环境中运用阶段收集的数据，反映的问题更为典型，因此需要铁路各部门协调配合，分析研究出故障机理。同时，基于统计数据，可以通过极大似然估计法等方法对主断路器寿命可靠性进行分析研究，结合部件维护模型，制定出高效、安全、绿色、经济的预防性维护策略，从而保证机车运行的安全性。
对于某一串联系统而言，由于其集成度较高，任一单元发生故障都会引起系统的无法正常运行。本文建立了主断路器串联系统的可靠性模型，对于不同单元的可靠度进行了计算，将系统可靠性与可靠性指标进行对比，当低于此值时，对可靠度较低的单元进行可靠度调整。运用此种方法，结合主断路器工作实际情况，能够有效的提高系统其可靠度，降低故障发生的可能性，保障机车运行的安全性。
参考文献：
[1]张健，陈勇.HXD3型大功率交流传动货运电力机车特点及故障处理[J].机车电传动，2008，3：8-11.
[2]杨云聪.两部件串联系统的计划型与机会型预防维修策略研究[D].西南交通大学，2013.
[3]王蕴，王乃超，马麟，李铁，邓浩然.考虑备件约束的多部件串联系统使用可用度计算方法[J].航空学报，2015，36（04）：1195-1201.
[4]夏唐斌，奚立峰，周晓军，潘尔顺.串并联衰退系统的多目标预防性维护优化建模[J].计算机集成制造系统，2010，16（04）：783-788.
[5]王华胜，王忆岩，谢川川，胡晓依.CRH2型动车组可靠性建模与分配[J].铁道学报，2009，31（05）：108-112.
[6]王灵芝，徐宇工，张家栋.基于设备有效度和可靠度的预防修经济优化模型[J].机械工程学报，2010，46（04）：163-168.
[7]金玉兰，蒋祖华，侯文瑞.以可靠性为中心的多部件设备预防性维修策略的优化[J].上海交通大学学报，2006（12）：2051-2056.
[8]周晓军，奚立峰，李杰.一种基于可靠性的设备顺序预防性维护模型[J].上海交通大学学报，2005（12）：2044-2047.
[9]曾声奎，赵廷弟，等.系统可靠性设计分析教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004.
[10]马世骁，王钰，石飞，等.高压断路器寿命可靠性判断法[J].辽宁工程技术大学学报，2006，（25）11：170-172.