SS4改型机车主断路器故障分析及防范措施

SS4型电力机车主变压器的检测分析及故障诊断学 院 名 称：专 业 名 称：年 级 班 别：姓 名：指 导 教 师：目 录摘要3关键词31 主断路器的动作原理31.1 准备工作31.2 分闸过程41.3 合闸过程42 故障现象43 故障原因分析53.1 灭弧室瓷瓶和非线性电阻瓷瓶炸损53.2 主阀卡位53.3 起动阀故障63.4 传动机构卡滞64 改进和防范措施65结束语7参考文献8SS4改型机车主断路器故障分析及防范措施摘要: 主断路器连接在受电弓与主变压器原边绕组之间，安装在机车车顶中部，它是电力机车电源的总开关和机车的总保护电器。当主断路器闭合时，机车通过受电弓从接触网导线上获得电源，投人工作；若机车主电路和辅助电路发生短路、过载、接地等故障时，故障信号通过相关控制电路使主断路器自动开断，切断机车总电源，防止故障范围扩大。本文详细分析了SS4改型机车主断路器的主要故障现象及其原因, 并从材质、制造工艺与检修保养方面提出了改进与防范措施。关键词: 电力机车; 主断路器;故障;分析主断路器属于高压断路器的一种，按其灭弧介质可分为油断路器、空气断路器、六氟化硫断路器和真空断路器等。目前，在SS1型、SS3A型、SS3B型等电力机车上采用的是TDZ1200/25T铁路机车用；D断路器Z一主；1一设计序号；200一额定分断容量（MVA）；25额定电压（kV）型空气断路器；在SS4型、SS4改型、SG型、SS7c型、SS7D型及SS8型等电力机车上采用的是TDZ1A1025T铁路机车；D断路器；Z主；1A设计序号；10额定电流（kA）；25额定电压（kV）型空气断路器；6K型电力机车上采用的是真空断路器。1 主断路器的动作原理主断路器的动作原理：1.1 准备工作储风缸充满足够的压缩空气;起动阀的D腔充满压缩空气;另有少量的压缩空气经通风塞门,主阀,支持瓷瓶进入灭弧室,使灭弧室内保持一定的正压力,防止外部潮湿空气的侵入.1.2 分闸过程 司机按下主断路器分闸按键开关,分闸线圈得电,分闸阀阀杆上移,起动阀D腔的压缩空气经起动阀E腔进人主阀的C腔,主阀左移,储风缸内大量的压缩空气经支持瓷瓶进人灭弧室,推动主动触头左移,电弧被吹人空心的动触头,冷却,拉长,进而熄灭.进人延时间的压缩空气经一定时间延时后,推动延时阀阀门上移,压缩空气进人传动风缸工作活塞的左侧,推动工作活塞右移,驱动传动杠杆带动控制轴,转动瓷瓶转动,隔离开关分闸.与控制轴同步动作的辅助开关同时完成如下3项工作:一是切断分闸线圈电路,分闸线圈失电,分闸阀关闭,D腔的压缩空气不再进人E腔和C腔,主阀关闭,压缩空气停止进入灭弧室,主触头在反力弹簧的作用下重新闭合,分闸过程完成;二是接通信号控制电路,使主断路器信号灯亮,显示主断路器处于断开状态;三是接通合闸线圈电路,为下一次合闸作好准备.1.3 合闸过程司机按下主断路器合闸按键开关,合闸线圈得电,合闸阀阀杆上移,起动阀D腔的压缩空气经起动阀F腔进人传动风缸工作活塞的右侧,推动工作活塞左移,驱动传动杠杆带动控制轴,转动瓷瓶转动,隔离开关合闸. 同理,与控制轴同步动作的辅助开关:一是切断合闸线圈电路,合闸线圈失电,合闸阀关闭,压缩空气停止进人传动风缸,合闸过程完成;二是切断信号控制电路,使主断路器信号灯灭,显示主断路器处于闭合状态;三是接通分闸线圈电路,为下一次分闸作好准备.2 故障现象包乌电气化铁路开通一年多来，乌兰察机务段配属的SS4改型机车主断路器的故障率在各大部件中相对较高, 这不仅影响到机车的运行安全，而且影响到牵引任务的完成。2009年3月到2009年10月共发生42件(其故障统计见表1), 月平均达3.5件, 严重影响了机车的运用率。表1 SS4 改型机车主断路器的故障统计 主阀 灭弧室 非线性电阻 起动阀 传动机构 卡位 瓷瓶炸损 瓷瓶炸损 故障 卡滞件数 14 7 4 6 11根据这一情况，我段不断摸索经验，并制定了专门的检修要点和保养措施，取得了良好效果。3 故障原因分析3.1 灭弧室瓷瓶和非线性电阻瓷瓶炸损该故障有时是灭弧室瓷瓶断损或炸损，有时是灭弧室瓷瓶与非线性电阻瓷瓶同时断损或炸损，为机车主断路器的主要破坏性故障。故障原因主要有：（1）瓷瓶材质不佳。材质不佳主要是指瓷瓶材质具有冷脆性和表面易发生爬电，在天气严寒或有雾环境下更为明显。上述机车主断路器瓷瓶断（炸）损故障中有4件发生在寒冷天气（气温一般在-15C以下）,有3件发生在气压低、雾气大的天气。（2）瓷瓶机械强度低。灭弧室瓷瓶受机械力作用时易于断损。当主断路器动静触头开断时，储风缸压力为700-900kPa的压缩空气进入灭弧室瓷瓶内腔, 打开主断路器动静触头, 冲力为水平方向。而动触头及金属器件质量大，且装于灭弧瓷瓶根部，瓷瓶受重力作用，动触头在灭弧室瓷瓶的压缩空气力（机械力）和动触头装置自身重力联合作用下开闭!极易造成断损。如果是冬季，加上瓷瓶材料冷脆性，约有1/3的瓷瓶断损是在动触头根部!断损面似平面。这说明瓷瓶在与动触头金属器件连接处应力集中。（3）非线性电阻瓷瓶炸损。由于灭弧室瓷瓶断损或炸损时机车处于正常运用工况，主断路器隔离开关尚在闭合位，高压大电流瞬间流经非线性电阻，导致电阻严重过热而爆炸。如果气温低，电阻瓷瓶内外温差大，内部形成水汽，非线性电阻瓷瓶爆炸机率更大。3.2 主阀卡位主阀卡位就是主阀活塞卡在主阀阀体中某一位置，导致主断路器储风缸通过灭弧室直接与大气相通。在实际运用中，主阀卡位故障率很高，而且有时必须更换整台主断路器，严重影响机车运用效率。主阀卡位故障的原因大体分为：（1）主阀阀体和活塞材质热膨胀系数不同。主阀阀体采用铸造黄铜，而活塞材质采用拉伸黄铜棒加工，拉伸黄铜热膨胀系数大于铸造黄铜，在机车电气设备工作发热时，车内温度高于大气温度，活塞膨胀量大，造成卡位。（2）主阀阀体与活塞配合尺寸不尽合理。对故障的活塞进行外圆检查测量，发现外圆直径在69.95 68.98mm, 外圆与阀体内圆不是全圆接触,这说明机加工精度差.对状态好的主断路器活塞外圆进行测量,大多直径在69.88mm左右，证明活塞加工的公差应在0.07 0.10mm,由于活塞结构较薄(最厚的约6mm),全长约为22mm,这样的尺寸公差, 机加工精度得不到保证,活塞的精度低,导致活塞卡在主阀体内.3.3 起动阀故障起动阀故障主要是阀杆弯曲变形。分闸阀杆变形造成压缩空气无法进入主阀，使主阀进风阀口打开，储风缸的压缩空气不能进入灭弧室；合闸阀杆变形使压缩空气无法进入传动气缸，推动活塞动作完成合闸。3.4 传动机构卡滞传动机构卡滞主要指传动风缸内部活塞与铜套间滑动不灵活，活塞行程不到位，造成隔离开关无法闭合到位。其原因主要有：（1）传动风缸套筒与活塞杆的径向间隙小。 测量发现传动气缸内径在63 63.1mm之间，而活塞杆直径在62.98 63.04mm之间, 有些配合间隙小于0.03mm,从而导致活塞动作卡滞。（2）滑动面油脂润滑不良。 传动气缸解体检查后,组装前应对各润滑面涂少量润滑油脂。4 改进和防范措施针对SS4 型机车主断路器出现的常见故障，我们制定了一些检修保养措施：(1) 建立主断路器的定期小修、中修制度，小修周期为8-10万km:，中修周期为40-50万km:，并严格按照检修规程对灭弧室进行分解检查。重点分解检查灭弧室、动触头的复位弹簧、风道滤网等部件，测量复位弹簧的自由长度，及时更换变形或超限的复位弹簧（限度为(1452）mm)，对装车备品应确认符合技术要求。(2) 对于车顶上各高压器件的损伤情况及紧固件的松动情况进行检查及清扫保洁。(3) 检查各瓷瓶及安装座是否有裂纹或松动现象，以便及时更换、修理。既使没有问题也要进行擦拭，保持瓷瓶及安装座的净洁和紧固。(4) 检查主断路器的分闸线圈、合闸线圈及接线的状况是否良好，对于损伤或异常及时维修或更换，使其保持良好状态。(5) 改进高压电工瓷瓶材质。新造瓷瓶应作低温性能试验和污秽实验或采用硅橡胶瓷瓶, 提高耐寒性和抗表面爬电能力,以适应沿海城市及高寒地区电气化铁路的需要。(6) 非线性电阻由碳化硅改为氧化锌。氧化锌电阻抑制过电压性能好,通流容量大,抗老化能力强,能有效防止电阻通过大电流时的过热烧损。(7) 改善主阀活塞的制造工艺。主阀活塞采用精密控制机床加工, 在活塞与主阀体内腔配合尺寸公差选配中,活塞外圆公差尽可能选用下偏差,以保证活塞在阀体内腔有一定松动量, 避免因材料热膨胀系数不一导致主阀卡位。(8) 注意机车的检修和日常保养。为防止主阀活塞卡位以及传动机构卡滞, 对运用机车主断路器进行整修。夏季在辅.小修机车前,主断路器都应逐台下车整修和检查, 着重检查主阀活塞外圆处与阀体内的接触松紧量.传动气缸套筒与活塞的径向间隙。整修和检查时,对公差不合格的和变形的活塞进行处理或更换,以提高主断路器的检修质量。5结束语通过采取上述改进与防范措施,本段SS4改型机车主断路器故障明显降低。 据统计2003年4月至8 月共发生6件主断路器故障, 其中3件为接线松造成合不上闸,2件为分闸线圈烧损,1