第二章 SS8型电力机车高压电器

第一章SS8型电力机车机车电器是完成机车牵引、制动等功能必不可少的设备。机车电器按照使用性质可分为高压电器与低压电器两大类。高压电器包括受电弓、主断路器、高压隔离开关、避雷器、二位置转换开关、网压互感器、牵引变压器一次边电流传感器等，低压电器包括继电器、电空阀、司机控制器、蓄电池等。国产韶山型电力机车型号众多，每种机车的电器型号、结构、原理都有所差异，本文主要以韶山8型电力机车为对象，介绍电力机车电器的结构、组成、工作原理及用途。韶山8型电力机车（代号SS8型，以下均用代号）是“八五”国家重点科技攻关项目，原设计用于广深线准高速铁路，现用于我国主要干线铁路牵引提速旅客列车。1994年完成两台SS8型机车样机的研制，1997年2月通过国家鉴定。该机车采用B0-B0轴式，总重88t，轴重22t。SS8型电力机车吸收了SS5型电力机车的技术，并改进提高，把机车持续功率提高到3600KW，机车最高速度提高到170km/h。SS8型电力机车主要技术特点为：1．机车主电路为不等分三段半控桥式电路，转向架电机并联供电，采用晶闸管分路的无级磁场削弱电路，可实现全运行区无级调速特性。2．机车动力制动为加馈电阻制动，在低速区，亦能保持大的制动力。3．采用微机控制系统，控制功能有：特性控制；空转（滑行）保护控制；速度分级控制系统的制动配合控制；过相分段的操纵控制以及诊断、监测显示功能。4．转向架为轮对空心轴六连杆弹性传动装置，减轻了簧下质量，牵引装置为推挽式低位平牵引杆，牵引点高220mm。5．采用900KW脉流电动机，该电机为全叠片结构，双H绝缘。6．采用DK-1型制动机，具有空电联合制动功能，并能实现列车的电空制动系统的电指令直通控制。SS8机车电气线路介绍SS8型电力机车上各种电机、电器设备按其功能和作用、电压等级分别组成几个独立的电路系统，即主电路、辅助电路、控制电路。控制电路又可分为有接点控制电路与无接点控制电路。三个电路通过电－磁、电－空、电－机械联系起来，对机车进行控制。机车电气线路分为主电路、辅助电路、控制电路主电路是产生机车牵引力和制动力的电气设备电路，主要由受电弓、主变压器、整流装置、牵引电机及有关高压电器组成。它将接触网汲取的电能转变为牵引列车的机械能。辅助电路是指给机车辅助设备供电的电路。这些辅助设备包括进行单／三相变换的劈相机，各类风机电动机，空气压缩机电动机，油泵电动机，列车供电用的设备，机车取暖，空调等自用电设备。它是保证主电路电气设备运行必不可少的电路。按电压等级分为380V和220V。控制电路就其功能而言是按司机主令对机车进行控制以实现各种工况的电路。其中有接点控制电路包含110V电源设备，各种主令电器、继电器、接触器；无接点控制电路则包括机车的微机、信号、通信、故障显示等电子设备电路。主电路介绍一、网侧电路网侧电路为25kV高压电路。单相工频交流电流从接触网流入升起的受电弓，经主断路器QF、主变压器的高压绕组AX，进入车体、轮对、钢轨、返回变电所。高压电压互感器1TV是检测机车所在位置接触网电压的电器，变比为25000V/100V。它接在主断路器之前，二次侧通过保护用自动开关QA，接网压表1PV、2PV及电度表PJ的电压线圈。升起受电弓，就可判断接触网是否有电。主断路器QF除接通和开断机车的总电源外，当主电路发生短路、过流、接地等故障时，起最后一级保护作用。在主断路器的隔离闸刀一端（71号线）接有避雷器F，用以抑止操作过电压及雷击过电压。机车每一轴端装有接地电刷1E~4E，用以构成回流电路，以防止电流流过轴箱轴承产生电蚀。轮对的另一轴端装有速度传感器SD1~SD4，用以检测轮对的转速。二、整流调压电路整流调压电路由两个独立的单元组成，分别向相应转向架上两台并联的牵引电动机供电。整流电压波形网侧25kV电压经主变压器降压，牵引绕组a1—b1—x1、a2—b2的绕组电压已降至686.8V，其中a1—b1、b1—x1绕组电压为343.4V。这些绕组与相应的整流元件构成了三段不等分整流桥。先交替控制晶闸管V10、V11使牵引绕组a2—x2供电的整流桥开放，可得到0~1/2的整流电压。当晶闸管V11、V12将满开放，但还未满开放时，投入绕组a1—b1段的整流桥，即交替触发晶闸管V3、V4；同时继续减小晶闸管V10、V11的相控角直至满开放，即在电压过零点时触发晶闸管V10、V11，这时控制晶闸管V3、V4的相控角，使电压继续上升，可得到1/2~3/4的整流电压。当绕组a1—b1段整流桥将满开放时，投入绕组b1—x1段的整流桥，其过程与前类似。可得到3/4~全部的整流电压，整流电压波形如下图所示。机车的牵引电路包括方向控制、制动电路在其他课程中有专门讲授，在此不再赘述。特别指出的是：这些电路中所完成的前进／后退、牵引／制动工况之间的转换完全依赖二位置开关、线路接触器等有触点电器来进行，而交流传动的电力机车与动车组在做这些工况转换时，通过对牵引变流器的频率、相序的控制即可完成，无须交／直传动的韶山型电力机车所必须依赖的触点电器，从而提高了其控制的可靠性。第一节SS8型电力机车单臂受电弓•一种铰接式的机械构件•从接触网取流•有2架TSG3-630/25型单臂受电弓•安装于电力机车车顶额定工作电压25KV额定工作电流630A最大运行速度170Km/h静态接触压力70N±10N工作高度500-2250mm最大升弓高度2600mm折叠高度228mm弓头总长度2085mm滑板长度1250mm传动风缸工作电压520-1000KPa升弓时间6-8S降弓时间5-7s降弓位保持力80N一、基本结构及主要部件的作用TSG3－630／25型单臂受电弓由底架、铰链机构、弓头部分、传动机构和控制机构等组成，其基本结构如图2-1所示，现分述如下。底架部分：底架由纵梁2和横梁12组成，用矩形钢管、钢板压形件及部分铸钢件焊接成“T”字形的基座，并通过3个绝缘子安装在机车车顶盖上。它是整个受电弓受流运动部件的安装基座，应具有足够的机械强度和耐受一定电压的电气性能。铰链机构：铰链机构由下臂杆5、推杆16、中间铰链座17、平衡杆18、上部框架15等部件组成，是实现弓头升降运动的机构。弓头部分：弓头部分由滑板框架、羊角、滑板、弹簧盒、固体润滑剂等组成。滑板框架用钢板压制后镀锌而成，羊角为铸铝件。羊角与滑板框架组装，连接成整个弓头外形。在滑板框架上装有两排粉末冶金滑板和两排固体润滑剂。1—绝缘子;2—纵梁;3—推杆支座;4—调整螺栓;5—下臂杆;6—弧形调整板;7—挂绳;8—升弓弹簧;9—弓头;10—弹簧盒;11—升弓弹簧调整杆;12—横梁;13—转轴;14—阻尼器;15—上部框架;16—推杆;17—中间绞链座;18—平衡杆;19—转臂;20—U形连杆;21—传动绝缘子;22—传动气缸;23—缓冲阀.图2-1TSG3－630/25型单臂受电弓传动机构：传动机构由传动气缸22、传动绝缘子21、U形连杆20、转臂19等组成。传动绝缘子21连接在传动气缸22与U形连杆20之间对U形连杆与转臂连接，转臂再与下臂杆转轴连接在一起。传动气缸由缸体、活塞、降弓弹簧、进气口、防尘套等组成。气缸体与水平面成15°仰角，安装在车顶上。控制机构：TSG3－630／25型受电弓的控制机构由缓冲阀和升弓电空阀组成，安装在机车内部，以便在机车内部调整升、降弓时间。缓冲阀实际上是一个流量控制阀，它借助改变通气流管路的截面大小来调节气流量，满足受电弓升、降弓过程先快后慢的动作要求，减小对接触网和车顶的冲击和振动，避免降弓时的拉弧现象。它由快排阀和节流阀两部分组成，如图2-2所示，主要包括阀体4、快排阀活塞3、快排阀反力弹簧5、快排阀调节螺钉6、节流阀调节螺钉7、暗道8和9等部件。缓冲阀的进气口10与升弓电空阀下方的进气口相连，压缩空气经缓冲阀阀体内的小孔，通过不同截面的暗道，分别送人节流间和快排阀。缓冲阀的排气口1与受电弓传动风缸的进风口相连。1—缓冲阀排气口；2—快排阀快排口；3—快排阀活塞；4—阀体；5—快排阀反力弹簧；6—快排阀调节螺钉；7—节流阀调节螺钉；8、9—暗道；10—进气口；11—电空阀。图2-2缓冲阀二、动作原理升弓时，司机按下受电弓按键开关，升弓电空阀得电，压缩空气经缓冲阀的节流阀进人传动风缸，推动活塞克服降弓弹簧的作用力，带动传动绝缘子和U形连杆右移，解除了对下臂杆的约束力，升弓弹簧拉动下臂杆和推杆顺时针转动，推杆推动铰链座和上部框架逆时针旋转，带动受电弓弓头升起。降弓时，司机恢复受电弓按键开关，受电弓电空阀失电，传动风缸内的压缩空气经快排阀、电空阀排向大气，在降弓弹簧的作用下，活塞带动U形连杆左移，当U形连杆与下臂杆转轴接触后，迫使转轴向下移动，强制下臂杆做逆时针转动，最终使弓头下降到落弓位。图2-3（a）、（b）、（c）分别表示了受电弓升弓、快速降弓、缓慢降弓的动作原理示意图。图2-3受电弓升、降弓气路图引进200公里级动车组DSA250受电弓北京赛德公司生产，适用于250km/h的运行速度。DSA250受电弓设计来源于最早的高速受电弓DSA350SEK，采用压缩空气气囊驱动升弓，自重降弓。普遍采用轻量化优质材料，具有良好的机械和动力学性能。受电弓滑板采用纯硬碳材料，对接触网线起到保护作用。1.结构1.底架2.阻尼器3.升弓装置4.下臂5.弓装配6.下导杆7.上臂8.上导杆9.弓头10.碳滑板11.绝缘子444791521161038升弓气源控制阀组自动降弓装置的工作原理：9ADD关闭阀10自动降弓阀11ADD试验阀12升弓装置13碳滑板14电磁阀15压力开关三、思考与作业１.受电弓的作用是什么?有几种形式?单臂受电弓有何优点?受电弓通过绝缘子安装于电力机车车顶，是一种铰接式的机械构件。受电弓升起后，其滑板与接触网导线接触，从接触网上集取电流，并将其通过车顶母线传送至车内供机车使用。受电弓分单臂和双臂两种型式。单臂受电弓结构简单，重量轻，便于调整。SS8型电力机车采用的即是TSG3-630/25型单臂受电弓。2.受电弓与主断路器的动作次序应遵循什么原则？为什么？机车运行应遵循先升弓，后闭合主断路器；先断开主断路器后降弓的原则。3.对受电弓升降的速度有什么要求?升弓时，动作开始要快，但接触导线时要求缓慢，以减少对接触网导线的冲击；降弓时，离开接触网导线要快，避免产生拉弧，而到达落弓位时要慢，以减少对车顶的冲击力。4.如何实现机车升、降弓过程中的先快后慢?(1)升弓的先快后慢：升弓初始时，降弓弹簧压力最小，克服该力所需的气压较小；而此时节流阀口的进出气压差最大，此时气缸中活塞移动较快，升弓迅速。随弓头的上升，降弓弹簧的压力逐渐增大，因此节流阀口的气压差逐渐减小，进入气缸的气流减慢，升弓速度也将减缓，这样就避免了对接触网所产生的有害冲击。(2)降弓的先快后慢：降弓初始时，作用于快排阀口上的力大于弹簧所产生的力，快排阀口打开，风缸内空气通过快排阀口排向大气，实现弓头的迅速脱网，避免产生拉弧。随着风缸内压力降低，作用于快排阀口的力不足以克服弹簧作用力，快排阀口关闭，风缸内气流只能通过节流阀口缓慢排出，实现了缓慢降弓，保证了受电弓降到落弓位时不会对车顶产生有害冲击。5.受电弓受流情况的好坏由什么决定?接触压力过大或过小对其有什么影响?受电弓受流情况的好坏主要取决于滑板与接触导线之间的接触压力。若接触压力太小，将引起受电不良；若接触压力过大，又会加大滑板和接触导线的磨损，甚至造成滑板局部拉槽，进而造成接触导线弹跳拉弧以至刮弓。受电弓的维护•使用前检查所有的紧固件状态是否良好•软编织导线是否完整•绝缘子不能有裂痕，保持干净•弓头滑板平整受电弓的调整•静态接触压力的调整粗略调整静态接触压力调整台•升、降弓时间的调整升弓时间：调节节流阀口大小降弓时间：调节快排阀口的弹簧压缩量•弓头的调整平衡杆的调整弹簧盒的调整第二节主断路器•用来开断、接通机车的25KV电路(总开关)；•当主电路发生短路、过流、接地等故障时，起最后一级保护作用（总保护）；•TDZ1A-10／25型空气断路器是