HXD1型大功率交流传动电力机车.docx

前言重载运输代表了铁路货物运输领域的先进生产力，已成为许多国家追求的目标。随着国民经济迅速的发展，大秦线原设计已经远远不能满足运量增长的要求。hxd1型大功率交流传动电力机车应运而生。为了促进铁路机车装备现代化的要求，株洲电力机车有限公司在“先进、成熟、经济、适用、可靠”的理念下研制了hxd1型大功率交流传动电力机车。 随着机车运行速度的不断提高，机车对受电弓和主断路器运行能力也有了很大的要求。与以往不同，xhd1采用了气囊驱动方式升弓的单臂受电弓和交流真空主断路器。其中，受电弓配备阻尼器和add自动降弓装置、主断路器装有真空泡，用密封装置与空气隔离，能够稳定的实现合闸、分闸过程。hxd1大功率交流传动电力机车主要运用于“大秦线”、“大包线”，冬季温度较低，在室外运行的受电弓和主断路器故障率较高。为了分析其故障原因，提高机车的运行安全。本书将从原理、检修等方面主要介绍受电弓和主断路器。 目录1 绪论11.1 hxd1电力机车概述 1.2 本书内容主要介绍2 受电弓2.1 受电弓概述/ 2.1.1 tsg15型单臂受电弓主要技术参数 2.1.3 结构和组成 2.1.4 动作原理 2.1.5 维护、检修与实验1.1 hxd1型电力机车概述 hxd1型电力机车是一种8轴内重联交流传动电力机车，单轴牵引1200kw，电制动为9600kw，最高实验速度为132kmm,运营速度120kmm。 1.1.1 xhd1型交流传动电力机车主要技术特点1. 主电路形式:机车采用交直交电传动技术，每节车装有一台水冷igbt变流器，给四台三相交流异步电动机供电；2. 控制系统：采用西门子sibas32系列微机控制，tcn网络通讯技术；3. 车体采用中央梁承载方式；4. 采用独立通风方式；5. 转向架，采用低位拉杆牵引，基础制动采用轮盘制动；6. 空气制动采用ccbii制动系统，电制动采用再生制动；7. 机车具有外重联控制功能，司机可以在一个司机室对两台重联机车进行控制；8. 机车装有locotrol远程重联控制系统，适用于多机分布式重联牵引；9. 为适应重载线路长交通运输的要求，机车增加了床、卫生间等生活设施，提高了司乘舒适性； 1.1.2 机车主要技术参 电流制：单相交流 25kv, 50hz 机车牵引功率：9600kw 轴式：2 (bobo)轨距：1435mm机车整备重量：292t2100t机车前后中心距:35222mm单节机车转向架中心距：9000mm转向架固定轴距：2800mm车轮直径：1250mm持续速度23t轴重：70kmh25t轴重：65kmh最高速度：120kmh 计算起动牵引力23t轴重时：700kn25t轴重时: 760kn持续牵引力23t轴重时：494kn25z轴重时：532kn紧急制动距离23t轴重时紧急制动距离900m25t轴重时基金制动距离800m 1.1.3 hxd1型电力机车总述 hxd1型电力机车是由两节完整的单司机室4轴机车通过电气和机械重联的形式组成的8轴机车，所以设备的布置和通风系统以单节为单元，设备布置采用中间走廊、先进的模块化设计，并具备独立的通风系统。为适应我国铁路接触网电压电压范围广的特点，机车电传动系统按ac25kv、50hz牵引方式设计，每节机车有一套完整网侧电路和电力传动系统。由受电弓从接触网上授取电流，经主断路器到变压器原边引入机车内部，每节车的电传动系统有一台由1个原边绕组，4个牵引绕组和2个二次谐振电抗器的主变压器给主变流器供电。两台三相异步电动机并联做为负载由中间直流回路的1个脉宽调制逆变器供电。为适应现代化的铁路运输，保证机械和正常功能的发挥和提供舒适的司乘环境，机车按有三相变频变压支路、440v，60hz三相恒频恒压支路、230v，60hz单三相交流支路和直流负载支路的辅助电气系统。并运用微机网络系统实现机车的无触点控制，提高了机车的性能，微机网络控制系统主要由siba32控制系统和tcn通信网络，分为中央控制系统ccu和tcu两大系统。每节车内部由mvb总线连接全部sibas部件，两节机车通过wtb总线连接，并使用了动力控制系统locotrol和制动控制系统cbbii。机车空气制动系统直接关系到机车的行车安全，是机车的重要组成部分。hxd1型机车空气管路与制动系统主要由风源系统和制动系统组成，制动系统具备空电联合制动控制技术和空气制动防滑控制技术。ccbii制动系统由ebv、mipm、rim和epcu四个模块部分组成。转向架是机车的走行部，对机车的安全行驶起着关键的作用，主要由轮对、传动装置、轴箱、构架、悬挂装置、牵引装置、撒沙装置、轮缘润滑装置、弹性止挡、整体吊起吊、空气管路以及辅助装置组成。机车采用新轮，在重载情况下，有良好的曲线通过能力，有效黏着利用率为91.86，能够有效解决山区行车问题。jtc系列机车信号车载系统的使用，满足了机车信号主体化即机车信号作为行车凭证的严格要求。 作为本书分析主要内容的受电弓和真空断路器，属于机车的高压部分，对于机车能够快速、安全运行至关重要，现将详细介绍。受电弓是电力机车从接触网接触导线上授取电流的一种受流装置，通过绝缘子安装在机车车顶上。一般情况下，一台电力机车上安装有两台受电弓，正常情况下只升后弓，前弓备用。按结构形式分，受电弓分双臂受电弓和单臂受电弓两种。双臂受电弓对称性好，但结构复杂，调整困难。单臂受电弓结构简单、尺寸小、重量轻、容易调整。hxd1型机车受电弓是一种采用气囊驱动方式升弓的单臂式受电弓，并配备阻尼器和add自动降弓装置。主断路器连接在受电弓和主变压器原边绕组之间，安装在机车车顶中部，是电力机车电源的总开关即断开、接通电力机车25kv主电路和机车的总保护电器即用于电力机车的过载、短路和接地保护。目前，在ss1、ss3、ss3b型等机车上使用tdz12005/25型空气断路器。ss4、ss4g、ss7c、ss7d、ss8型电力机车使用tdz1a10/25型空气断路器。ss9、hxd系列机车采用bvavn99型真空断路器。hxd1型电力机车采用bvac n99单极交流真空断路器。是通过压缩空气进行操作并利用真空进行灭弧的高压电器。它具有绝缘性高、采用真空灭弧、环境稳定性好、结构简单、开断容量大、机械寿命长、维护保养简单、与空气断路器有互换性等特点。机车本身不带电源，是通过受电弓从接触网受取电流然后引入机车，供机车负载使用。为保证机车安全运行，受电弓和断路器处于一种互锁关系，即先升弓、后断开主断路器；断电时，应先断掉主断路器，然后再降弓，使受电弓在轻载的情况下和接触网接触与断开。而在实际工作中往往由于人为的误操作,升降弓和分合主断路器的顺序不对,受电弓带负载与接触网接触和分离,导致受电弓与接触网被大电弧烧损。如果机车在线路上运行时还可能由于接触网的烧损导致后续运行机车刮弓,致使事故进一步扩大。另外在机车进行高压试验时也有可能因主断先闭合,而调速手柄又离开零位在牵引级位上,操作人员未注意而直接升弓,导致窜车事故的发生。本书将从原理方面着手对受电弓和真空断路器分析，进而找出问题的所在并提出解决方案。 1.2 内容简述 本内容主要由四部分组成，分别为：1.概述、2.受电弓、3.主断路器、第四章典型故障分析和未来展望。 1.概述主要介绍xhd1型机车的发展情况及参数和构成机车各部分模块的简单叙述。2.受电弓：2.1.1受电弓概述、2.1.2主要参数、2.1.3 结构和组成 、2.1.4动作原理、2.1.5维护、检修与实验 3.主断论路器: 3.1.1概述3.1.2主要技术参数 3.1.3结构及组成部件 3.1.4动作原理 3.1.5 维护、检修与实验 4 hxd1型机车受电弓和真空断路器典型故障分析及未来展望 概述 在我国运输能力最大的西煤东运的大秦线上，hxd1型大功率机车以其功率大、速度快的特点很好的解决了目前运输紧张的问题。这与受电弓网弓跟随性、集电稳定性、网弓和操作人员的安全保护性能的提高有密切的关系。但在实际运行中受电弓也出现了很多问题。如自动降弓、升弓不保持的现象，造成弓网拉伤，后续机车不能正常运行等事故的发生。为了提高运输能力减少事故的发生，将分析故障出现的原因并提出解决方案。4.1.1受电弓典型故障分析 概述 受电弓自动降弓、升弓不保持的故障现象主要是由快排阀、压力开关故障造成的。现介绍快排阀、压力开关的结构原理。4.1.2快排阀结构原理 当机车风源压力空气经气路分配座分配到快排阀时，压力空气从快排阀进气口到快排阀下腔，再从快排阀膜片上的快排阀阻尼孔进入到快排阀上腔，、受电弓aad自动降弓装置和压力开关，这样快排阀上下气腔的压力逐渐达到平衡。由于快排阀膜片上腔的压力接触面积大于下腔的压力接触面积，这样膜片可以封住快排阀下腔通往打起的气路，从而保证受电弓快排阀的正常工作。当受电弓碳滑板受网弓拉弧或磨损出现断裂时，add气路压力下降，快排阀上腔压力就低于下腔压力，快排阀膜片就会打开快排阀下腔通往大气的气路，气囊的压力空气也经快排阀下腔排往大气，受电弓的工作压力快速下降，导致手电弓快速降弓。与此同时压力开关由于压力下降动作而给出电信号，ccu控制系统得到信号发出控制命令使主断路器分断，以保证在受电弓在开始降弓之前机车就切断主电源，避免受电弓在带负载的概况下与接触网分离而产生拉电弧。受电弓工作原理及快排阀气路示意图如下。 4.1.3 故障分析 由上可知，快排阀之前的任何部分出现故障，快排阀都不会出现排风现象，只有当add自动降弓装置炭滑板受损粗线断裂和压力开关空气泄漏或快排阀膜片阻尼孔堵塞致空气进入不了快排阀上腔，才会有快排阀上腔压力小于下腔，导致受电弓压力下降快速降弓。因此造成快排阀异常排气的原因只要有两种：压力开关气路和add气路泄漏。4.1.4 压力开关故障分析当升弓电磁阀得电时，压力空气经分配阀座到气囊驱动装置和快排阀，快排阀把我压力空气分配到add和压力开关。当压力开关气压值达到气压初始值时，辅助连锁就会给机车控制所需要的信号，根据控制参数，当电磁阀得电15s后，机车控制系统未能检测到压力开关给出的压力信号，将会切除升弓电磁阀的电源，受电弓就会降弓，导致无法正常工作。 一般情况下，当压力空气通过受电弓气阀板给气囊供风时，气囊压力达到压力开关的初始值时，受电弓就开始升弓。完成升弓时间一般在610s，此过程压力开关一直保持原来的压力，而当压力开关压力与设定值有微小的偏差时，受电弓子啊预备升弓是可能的不会电信号，直到15s后机车控制系统将给出受电弓故障信号，系统自动切断升弓电磁阀电源，后备受电弓升起。如果调整一下压力开关，受电弓有可能又会升起。以上分析，机车控制系统自动封锁时间15s过短，而压力开关的压力设定在受电弓预备升起的临界值上，容易出现偏差造成受电弓工作不稳定的情况。因此延长机车控制系统自动封锁时间、把压力开关的升弓压力设定在受电弓预备升弓的压力范围之内。如果受电弓快排阀膜片上的阻尼孔被杂质堵塞时，压力空气无法进入快排阀，快排阀上腔压力小于下腔，下腔压力空气通往大气同时气囊空气也通往大气，受电弓压力下降，快速降弓。受电弓快排阀阻尼孔是0.8mm的小孔，当压缩空气中出现杂质时小孔容易堵塞。综合，保持供风气路的清洁度是保证受电弓快排阀稳4.2.1 bvac.n99型断路器典型故障分析概述真空断路器的不闭合，主要有断路器本身故障、电线松虚短破，网压不稳定等造成。现将分析。4.2.2 断路器本身故障 真空断路器出现的典型故障有两种：真空度不够、电磁阀排泄孔堵塞。1 真空度不够：真空断路器有一个起灭弧作用的真空泡，真空泡是与空气隔离的，当灭弧泡真空度不够时灭弧能力减小，就会出现发出断开主断路器而断不开的现象，此时机车会记录这一故障，并封锁这一机车主断路器。 这种情况一般要更换主断路器。2 电磁阀排泄孔堵塞：hxd1型机车主要运行在大秦线，冬季气温低，在干燥剂工作不彻底的情况下，风管路容易进水结冰，由于电磁阀进风孔直径较小，容易堵塞，当主断闭合而储存风缸的压力空气无法经过电磁阀进风口进入到传动风缸时而导致主断不能闭合被封锁。一般情况主断控制风路安装空气过滤器，定期排完储存风缸的积水和清理电磁阀孔4.2.3 电线松虚短破一起故障断路器控制回路设置了很多反馈信号，全部到安全回路sks1、sks3的，当线路出现松虚短破时都会出现返回信号丢失，当丢失反馈信号时，主断控制系统认为出现故障，封锁主断。一般是提高继电器配件质量，加强修称中的检查。 4.2.3 网压不稳定造成的故障 hxd1机车标准网压是17kv31kv,网压信号时通过高压互感器传送到ccu中，当网压出现异常现象时ccu发出降弓指令，此时机车转入单节模式，即再次升弓时高压隔离开关不闭合，两节机车受电弓升起进行一次自检，当网压还是异常主断路器不能闭合而被封锁。此时联系牵引变电所。4.3 未来展望 随着国民经济的迅速发展铁路运输日益繁忙，生产大功率机车是发展的需要。谐号货运电力机车是南车集团和北车集团与国外企业合作引进消化技术并国产化的新一代交流传动货运机车。分为每轴1200kw的和谐1、2、3型（1、2型为八轴 3型为六轴） 以及六轴 每轴1600kw的和谐1b、2b、3b两代。设计最高时速均为120km/h。我国电力机车从韶山系列到和谐型系列经历了由直流传动到交流传动，其结构趋于简单、模块化、维护方便、性价比高、技术国产化的方向发展。本内容主要介绍和谐1型机车，其中以受电弓和真空断路器分析为主。受电弓从双臂到单臂的、断路器由空气断路器到真空断路器的发展，其结构都简单化，安全性更高。技术都属于国产化，并运用到其他领域的高压电器生产当中。 时间悄然从指间划过，岁月弹指间染上眉目，或许