SS4改型电力机车主电路分析运用

1 呼和浩特职业学院毕业论文呼和浩特职业学院毕业论文 题题 目目 SS4SS4 改型电力机车主电路分析运用改型电力机车主电路分析运用 专专 业业 电气化铁道技术电气化铁道技术 学生姓名学生姓名 王志光王志光 学学 号 号 0930201233 完成时间 完成时间 2011 10 20 指导教师 张耀武指导教师 张耀武 学院名称学院名称 铁道学院铁道学院 年年 级级 09 09 级级 学学 号号 0930201242 0930201242 论文编号论文编号 2 目录目录 摘要 2 引言 3 1 主电路的特点 3 1 1 传动行式 3 1 2 牵引电动机供电方式 3 1 3 电制动方式 3 1 4 保护系统 4 2 主电路的构成 4 2 1 网测高压电路 4 2 2 牵引供电电路 4 2 3 加馈电阻制动电路 6 2 4 保护电路 8 结论 9 参考文献 3 摘要 随着我国电气化铁路及电力机车技术的迅速发展 电力机车在产品的结构 形式 质量方面都有了很大的的改进和提高 专业的对口 作为司乘人员 在铁 路机务部门工作 必须熟悉和掌握电力机车控制电路的基本作用原理 和通过系 统的分析与设计来提高自己的专业素质 韶山 4G 型电力机车电气线路的设计与分析是选自机车运用的实际课题 涉及范围较广 电力机车的控制线路是一个复杂的系统 本课题要求学生在已学 的机车线路基础上 整体分析 SS4G 型电力机车主电路 辅助电路和控制电路 并能了解电力机车的故障判断处理流程和方法 尝试根据实际情况对控制电路进 行设计 使学生更好的理解电力机车的工作控制原理 培养学生运用所学的基础 知识 专业知识 并利用其中的基本理论和技能来分析解决本专业内的相应问题 使学生建立正确的设计思想 掌握工程设计的一般程序和方法 完成电气工程技 术人员必须具备的基本能力的培养和训练 通过对此课题的学习和设计 使学生能更好的理解电力机车电气原理及故障 处理方法 掌握电力机车实际运用中的基本专业技能 培养学生运用所学的基础 知识和专业知识的能力 提高学生利用所学基本理论和自身具备的技能来综合分 析解决本专业相应问题的能力 使学生树立正确的设计思想 掌握工程设计的一 般程序和方法 完成电气工程技术人员必须具备的基本能力的培养和训练 关键词 控制电路 受电弓 主断路器 故障处理 4 引言 韶山 4 改进型电力机车 代号 SS4G 他在 SS4 SS5 和 SS6 型电力机车的 基础上 又吸收了 8K 机车先进技术设计的 机车由各自独立的又互相联系的两 节车组成 每一节车均为一完整的系统 它电路采用三段不等分半控调压整流电 路 采用转向架独立供电方式 且每台转向架有相应独立的相控式主整流器 可 提高粘着利用 电制动采用加馈制动 每台车四台牵引电机主极绕组串联 由一 台励磁半桥式整流器供电 机车设有防空转防滑装置 每节车有两个 B0 B0 转 向架 采用推挽式牵引方式 固定轴距较短 电机悬挂为抱轴式半悬挂 一系采 用螺旋圆弹簧 二系为橡胶叠层簧 牵引力由牵引梁下部的斜杆直接传递到车体 空气制动机采用 DK 1 型制动机 机车功率持续 6400kW 最大速度 100km h 车长 2 15200mm 轴式 2 B0 B0 电流制为单相工频交流 SS4G 型电力机车的电气线路主要有如下五大部分组成 即主电路 辅助电路 有接点的控制电路 控制电路电源电路和电子控制电路 SS4G 型电力机车布置继承了韶山系列电力机车的传统优点 如双边走廊分 室斜对称布置 设备屏柜化 成套化等 结构紧凑 接近容易 维修方便 在器 件上有新的应用 如司机室采用双针电表有利多参数测量 新型遮阳帘 新型发 光二极管式故障显示屏 主电路 辅助电路与控制电路分束隔开布线 采用新型 冷压线簧接插件等 1 1 主电路的特点主电路的特点 1 11 1 传动形式传动形式 采用传统的交 直传动形式 使用传统的串励式脉流牵引电动机 具有 较成熟的经验 控制系统较简单 1 21 2 牵引电动机供电方式牵引电动机供电方式 采用一台转向架两台牵引电机并联 由一台主整流器供电 即所谓 转向架独 立供电方式 全车四个两轴转向架 具有四台独立的相控式主整流器 此方 式具有三个优点 一是具有较大的灵活性 当一台主整流器故障时 只需切除 一台转向架两台电机 机车仍保留 3 4 牵引能力 二是同一节车前后两台转向 架可进行电气式轴重补偿 即对前转向架 其轴重相对较轻 给以较小的电流 以充分粘着 三是实现以转向架为中心的电气系统单元化 1 31 3 电制动方式电制动方式 5 机车采用加馈电阻制动 每节车四台牵引电机主极绕组串联 由一台励磁半控 桥式整流器供电 每台转向架上的两台牵引电机电枢与各自的制动电阻串联后 并联在一起 再与主整流器构成串联回路 与常用电阻制动相比 加馈电阻制 动具有三大优点 一是可加宽调速范围 将最大制动力延伸至 0km h 为安全 者想 机车的最大制动力延伸至 10km h 二是能较方便地实现恒制动力控 制 三是取消了常规的半电阻制动接触器 简化了控制电路 1 41 4 保护系统保护系统 采用双接地继电保护 每一台转向架电气回路单元各接一台主接地继电器 以 利于查找接地故障 并且接地继电器设置位置较其他机车不同 位于主变流装 置上下两段桥的中点 使整流装置对地电位降低 改善硅元件工作条 2 2 主电路的构成主电路的构成 2 12 1 网侧高压电路网侧高压电路 25kV 25kV 电路电路 网侧高压电路的主要设备有受电弓 l AP 空气断路器 4QF 高压电压互感器 6TV 高压电流互感器 7TA 避雷器 5F 主变压器 8TM 的高压 原边 绕组 AX PFC 用电流互感器 1 0 9TA 以及二节车之间的 25kV 母线用高压联接器 2AP 低压部分有自动开关 102QA 网压表 103PV 电度表 105PJ PFC 用电压互 感器 100TV 以及接地电刷 110E 120E 130E 和 140E 这些电器设备所组成 的电路主要用于检测机车网压和提供电度表用的电压信号 与以往的机车相比 该电路具有如下特点 1 在 25kV 网侧电路中 加设了新型金属氧化物避雷器 5F 以取代以往 的放电间隙 作过电压和雷击保护 2 在受电弓与主断路器之间 设置有网侧电压互感器 25kV 100V 便 于司机在司机室内掌握受电弓的升降状况和网压的大小 3 为提高机车的可靠性 实现机车的简统化 通用化设计 采用了传统 的受电弓 空气断路器和网侧高压电压互感器 4 增设有 PFC 控制用电压 电流互感器 2 22 2 牵引供电电路牵引供电电路 机车的牵引电路 即机车主电路的直流电路部分 机车牵引供电电路 采用转向架独立供电方式 第一转向架的第一台牵引 电机 1 M 与第二台牵引电机 2M 并联 由主整流器 7 0V 供电 第二转向架的第 三台牵引电机 3M 与第四台牵引电机 4M 并联 由主整流器 8 0V 供电 两组供 6 电电路完全相同且完全独立 牵引电机支路的电流路径基本相同 现以第一牵引电机支路为例加以说明 其电流路径为正极母线 71 平波电抗器 11L 线路接触器 12KM 电流传感器 111SC 电机电枢 位置转换开关的 牵 制 鼓 107QPR1 位置转换开关的 前 后 鼓 107QPV1 主极磁场绕组 107QPV1 牵引电机隔离开 关 19QS 107QPR1 负极母线 7 2 与主极绕组并联的有固定分路电阻 14R 一级磁削电阻 15R 和接触器 17KM 二级磁削电阻 16R 和接触器 18KM 14R 与主极绕组并联后 实现机车的 固定磁削级 其磁削系数为 0 96 通过接触器 17KM 的闭合 投入 15R 实现 机车的 I 级磁削级 其磁削系数为 0 70 通过接触器 18KM 的闭合 投入 16R 实现机车的 级磁削级 其磁削系数为 0 54 当 17KM 和 18KM 同时闭 合时 15R 和 16R 同时投入 实现机车的 级磁削级 其磁削系数为 0 4 5 由于两轴转向架两台牵引电机为背向布置 其相对旋转方向应相反 以第一转 向架前进方向为例 从 1M 电机非整流子侧看去 电枢旋转方向应为顺时针方 向 从 2M 电机非整流子侧看去应为逆时针旋向 同样 第二转向架 3M 电机为 顺时针方向 4M 电机为逆时针方向 由此 各牵引电机的电枢与主极绕组的相对接线方式是 1M A11A12 D11D12 2M A21A22 D22D21 3M A31A32 D31D32 4M A41A42 D42D41 上述接线方式为机车向前方向时的状况 当机车向后时 主极绕组通过 前 后 换向鼓反向接线 牵引电机故障隔离开关 1 9QS 29QS 39QS 和 490s 均为单刀双投开关 有上 中 下三个位置 上为运行位 中为牵引工况故障位 下为制动工况故 障位 当牵引电机之一故障时 将相应牵引电机故障隔离开关置中间位 其相 应常开联锁接点打开相应线路接触器 该电机支路与供电电路完全隔离 若误 将隔离开关置向下位 则由于线路接触器已打开 虽然无电流 但导线 14 与 16 或 24 与 26 或 34 与 36 或 44 与 46 之一相连 故障电机在电位上并不能与 主电路隔离 若为接地故障 则仍会引起接地继电器动作 库用开关 20QP 和 50QP 为双刀双投开关 在正常运行位时 其主刀与主电 路隔离 其相应辅助接点接通受电弓升弓电磁阀 方可升弓 在库用位时 其 主刀将库用插座 30XS 或 40XS 的库用电源分别与 2M 电机或 3M 电机的电枢正极 引线 22 或 32 及总负极 72 或 82 连接 其辅助接点断开受电弓升弓电磁阀的电 源线 使其在库用位时不能升弓 只要 20QP 或 50QP 之一在库用位 即可在库 内动车 同时 通过相应的联锁接点可分别接通 12KM 和 22KM 或 32KM 和 42KM 从而使 1M 或 4M 通电 以便于工厂或机务段出厂试验时试电机转向 出 7 入库及旋轮 空载试验转换开关 10QP 和 60QP 为叁刀双投开关 当机车处于正常运行位 时 10QP 和 60QP 将 1 位和 4 位电压传感器 112SV 和 142SV 分别与 1M 和 4M 的 电枢相连 其相应辅助接点接通 12KM 2 2KM 3 2KM 和 4 2KM 的电空阀 当 机车处于空载试验位时 10QP 和 60QP 将 112SV 和 142SV 分别与主整流器 70V 和 80V 的输出端相连 同时短接 76R 和 86R 其相应辅助接点断开线路接触器 12KM 22KM 32KM 和 42KM 的电空阀电源线 使 10QP 或 60QP 置于试验位时电 机与整流器脱开 确保空载试验时的安全性 每一台牵引电机设有一台直流电流传感器和一台直流电压传感器 其作用 除提供电子控制的电机电流与电压反馈信号外 还通过电子柜处理之后 作为 司机台电流表与电压表显示的信号检测 直流电压传感器设置在电枢两端 它 有两个优点 一是在牵引与制动时 司机台均能看牵引电机电压 二是两台并 联的牵引电机之一空转时 电枢电压的反应较快 另外 取消了传统的电机电流过流继电器 电机的过流信号由直流电流传 感器经电子柜发出 而进行卸载或跳主断 牵引电机过流保护整定值为 1300A 5 2 32 3 加馈电阻制动电路加馈电阻制动电路 SS4 改型电力机车与其它机型的主要不同之处是采用了加馈电阻制动电路 主要优点是能够获得较好的制动特性 特别是低速制动特性 加馈电阻制动又称为 补足 电阻制动 它是在常规电阻制动的基础上 而发展的一种能耗制动技术 根据理论分析可知 机车轮周制动力为 B C Iz N 式中 C 机车结构常数 电机主极磁通 Wb Iz 电机电枢电流 A 在常规的电阻制动中 当电机主励磁最大恒定后 电枢电流 Iz 随着机车 速度的减小而减小 因此 机车轮周制动力也随着机车速度的变化而变化 为 了克服机车轮周制动力在机车低速区域减小的状况 加馈电阻制动从电网中吸 收电能 并将该电能补足到 Iz 中去 以此获得理想的轮周制动力 机车处于加馈电阻制动时 经位置转换开关转换到制动位 牵引电机电枢 与主极绕组脱离与制动电阻串联 且同一转向架的二台电机电枢支路并联之后 与主整流器串联构成回路 此时 每节车四台电机的主极绕组串联连接 经励 磁接触器 励磁整流器构成回路 由主变压器励磁绕组供电 现以 1M 电机为例 叙述一下电路电流的路径 1 当机车速度高于 33km h 时 机车处于纯电阻制动状态 其电流路径 8 为 71 母线 11 L 平波电抗器 12KM 线路接触器 111SC 电流传感器 1M 电机 电枢 107QPR 1 位置转换开关 牵 一 制 鼓 13R 制动电阻 7 3 母线 3 D 4 D 3 7 1 母线 2 当机车速度低于 3 3 km h 机车处于加馈电阻制动状态 当电源处 于正半周时 其电流路径为 a2 D 3 71 母线 11 L 平波电抗器 1 2KM 线路 接触器 111SC 电流传感器 1M 电机电枢 107QPR 1 位置转换开关 牵 制 鼓 13R 制动电阻 7 3 母线 T6 x 2 a2 当电源处于负半周时 其电流路径为 x 2 T5 71 母线 11 L 平波电抗器 12KM 线路接触器 1 1 1 SC 电流传感器 1M 电机电枢 1 0 7QPR 1 位置转换开关 牵 一 制 鼓 1 3R 制动电阻 7 3 母线 D4 a2 x2 加馈电阻制动时 主变压器的励磁绕组 a5 x5 经励磁接触器 91KM 向励磁 整流器 99V 供电 并与 1M 4M 电机主极绕组串联 且励磁电流方向与牵引时 相反 由下往上 从励磁整流器的输出端开始 其电流路径为 91 母线 199SC 电流传感器 90 母线 107QPR 1 位置转换开关 牵 制 鼓 19QS 107QPV 1 D12 D11 107QPV1 14 母线 107QPR 2 29QS 107QPV 2 D 2 1 D22 107QPV 2 2 4 母线 108QPR 4 49QS 108QPV 4 D 41 D 42 108QPV4 44 母线 108QPR3 39Qs 108QPV3 D32 D31 9 2KM 励磁接 触器 82 母线 负极母线 82 为主整流器 80V 与励磁整流器 99V 的公共点 由此形成两个 独立的接地保护电路系统 第一转向架牵引电机 1M 和 2M 电枢 制动电阻及主 整流器 70V 组成第一转向架主接地保护系统 由主接地继电器 97KE 担负保 护功能 第二转向架牵引电机 3M 和 4M 电枢 制动电阻及主整流器 80V 励磁 整流器 99 V 组成第二转向架主接地保护系统 由主接地继电器 98KE 担负保护 功能 制动工况时 当一台牵引电机或制动电阻故障后 应将相应隔离开关置向 下故障位 则线路接触器打开 电枢回路被甩开 主极绕组无电流但有电位 为了能在静止状况下检查加馈制动系统是否正常 机车在静止时 系统仍 能给出 50 A 的加馈制动电流 此时励磁电流达到最大值 930 A 机车在此加 馈制动电流的作用下 将有向后动车的趋势 这一点应引起高度重视 以利机 车安全 2 42 4 保护电路保护电路 SS4 改型电力机车主电路保护包括 短路 过流 过电压及主接地保护等 四个方面 现分述如下 1 短路保护 当网侧出现短路时 通过网侧电流互感器 7TA 原边过流继电器 101KC 9 使主断路器 4QF 动作 实现保护 其整定值为 320 A 当次边出现短路时 经次边电流互感器 176TA 177TA 186TA 及 187TA 电子柜过流保护环节 使主断路器 4QF 动作 实现保护 其整定值为 3000 A 5 在整流器的每一晶闸管上各串联一个快速熔断器 实现元件击穿短路保护 之用 2 过流保护 考虑到牵引工况和制动工况时 牵引电机的状况不同 牵引电机过流保护 的整定值和保护方式设置也不同 在牵引工况时 牵引电机的过流保护是通过直流电流传感器 111SC 121SC 131SC 和 141SC 电子柜 主断路器来实现的 其整定值为 1300 A 5 在制动工况时 牵引电机的过流保护是通过直流电流传感器 111 SC 121 SC 131SC 和 141SC 电子柜 励磁过流中间继电器 559KA 励磁接触器 91KM 来实现的 其整定值为 1000 A 土 5 此外 在制动工况时 还设有励磁绕 组的过流保护 它是通过直流电流传感器 199SC 电子柜 励磁过流中间继电 器 559KA 励磁接触器 91KM 来实现的 其整定值为 1150 A 5 3 过电压保护 机车的过电压包括 大气过电压 操作过电压 整流器换向过电压和调整 过电压等 大气过电压的保护主要采用两种方式 一是在网侧设置新型金属氧 化物避雷器 5F 二是在各主变压器的各次边绕组上设置 RC 吸收器 牵引绕组 上的 RC 吸收器由 71C 与 73R 72C 与 74R 81C 与 83R 82C 与 84R 构成 励磁 绕组上的 C 吸收器由 93C 与 94R 构成 辅助绕组上的 RC 吸收器由 255C 与 260R 构成 当机车主断路器 4QF 打开或接通主变压器空载电流时 机车将产生操作过 电压 通过网侧避雷器 5F 和牵引绕组上的 RC 吸收器能够对此操作过电压进行 限制 机车的主整流器 70V 和 8 0V 励磁整流器 9 9V 的每一晶闸管及二极管上 均并联有 RC 吸收器 以抑止整流器的换向过电压 另外 牵引电机的电压由主整流器进行限压控制 其限制值为 1020V 5 4 接地保护 牵引工况下 每 转向架供电单元 设一套接地保护系统 除网侧电路外 主电路任一点接地时 接地继电器均动作 无 死区 接地继电器动作之 后 通过其联锁使主断路器动作 实现保护 10 制动工况下 具有两套独立回路 励磁回路属于第二回路 为消除 死区 回路各电势均为相加关系 为此 励磁电流方向与牵引时相反 改为由下而 上 故电枢电势方向亦相反 改为下正上负 当制