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欢迎专家领导莅临指导工作TDZ-30/630/1250新型电力机车

真空断路器西安伯龙高铁电器销售有限公司目录第1部分TDZ-30/630/1250电力机车真空断路器简介第2部分永磁操动机构的智能限制装置

第3部分质量管理体系第4部分结束语

第一部分

TDZ-30/630/1250电力机车

真空断路器简介

第一章公司简介其次章TDZ-30/630/1250电力机车真空断路器工作原理第三章技术创新点第四章试验及运行状况第一章公司简介西安伯龙高铁电器销售有限公司（以下简称本公司）成立于2008年8月，主要业务范围包括电力设备、自动化限制设备、电器成套设备、机械产品的研发销售的专业公司，本公司作为西安交大思源智能电器有限公司生产各类系列铁路产品的监制单位，全权负责代理组织销售其相关产品，西安交大思源智能电器有限公司作为生产单位，为本公司供应必要的技术支持。公司是国内少有的能够生产和销售永磁真空断路器的高技术公司，同时可为客户供应牢靠完善的售后服务。公司注册资金1000万，座落于国家级高新技术产业开发区-西安市高新技术产业开发区的中心位置。本公司与西安交大思源智能电器有限公司合作拥有自己的铁路产品的研发中心，生产基地，可面对全国为客户供应成熟而高效的服务。本公司拥有多项具有自主学问产权的高科技产品，拥有一个年轻的销售团队，其中本科以上学历的人员占到80%。在新产品开发方面公司依托西安交通高校的科研力气，主要将为中国铁路电力机车供应各类电器产品。我们的产品技术始终保持与国际先进水平同步发展，始终特殊重视具有自主学问产权的技术和产品的研发工作，并且本着可持续发展的原则，主动开拓、勇于创新，着眼于市场，服务于用户。依靠坚实的技术实力和奋进的企业精神，目前公司的各项产品已在铁路及民用等领域得到了广泛地应用，获得用户的广泛好评。公司的发展理念是以人为本，用户至上，以诚待人，以信取人，以优胜人。我们将以坚决的自信和真挚的诚意，希望与各界挚友进行合作，共创辉煌的明天。其次章TDZ-30/630/1250电力机车真空断路器工作原理

㈠项目研发意义◆电力机车断路器是电力机车的重要部件之一。◆2001年起先对电力机车断路器进行市场和技术调研。当时电力机车运用的断路器为空气断路器。由于在工作原理、机械结构、技术性能等方面存在不足，该型断路器的修程短、故障率高，始终是电力机车上的薄弱环节。◆对国内外断路器相关技术的发展和电力机车的运用状况进行实际调研分析表明：当时国内、国外在电力机车运用永磁操动真空断路器方面还处于空白状态。有的单位仿制国外的产品也遭遇失败。◆针对这种状况，遵照铁道部科技发展纲要的精神和国内外开关技术的发展状况，公司经过市场及技术调研，确定开发研制电力机车新型断路器。该项目关键技术之一的电力机车“1+1”新型真空主断路器已被我公司申请专利。本项目产品已经正式推出，并已在南昌铁路局、兰州铁路局起先试用，将于2010年正式向市场推广。（一）项目研发意义（续）我们研制的基本思路是接受真空灭弧技术、APG工艺技术和永磁操动及智能限制技术，进行计算机优化设计和仿真计算。依托西安交通高校的技术实力（西安交通高校电气专业教学、科研实力居全国高校首位），我们认为研发一种长寿命、少维护、免修理、重量轻、体积小、双备份、易安装的新型电力机车断路器是切实可行的，并能达到国内外的先进水平。（二）TDZ-30/630/1250电力机车真空断路器工作原理

TDZ-30/630/1250电力机车真空断路器由车外和车内两部分组成。车外部分由引出线和断路器主体组成。断路器主体接受新型复合绝缘材料，APG工艺技术固封的真空灭弧室，其电气绝缘性能高，机械性能优良。在风吹日晒下表面不开裂，适应环境温度范围宽，耐污秽；断路器主体的伞群接受一大两小设计，淋雨试验证明，在静止状况下，即就是天下大雨，断路器也不会出现击穿或放电现象。车内部分由永磁机构和智能限制装置组成。永磁机构的运动部件只有一个，具有合闸、分闸两种状态。永磁机构的拉杆带动真空灭弧室作直线运动。TDZ-30/630/1250电力机车真空断路器

㈢TDZ-30/630/1250电力机车真空断路器的主要技术参数额定电压kV27.5额定电流A630/1250额定频率Hz50最大工作电压kV30最大开断电流KA10工频对地耐压kV90工频断口耐压kV80总重量Kg75环境温度0C+50~-30分闸时间ms≤12合闸时间ms≤8控制电压VDC110机械寿命次>2X20万手动操作装置㈣简洁便利的安装方式断路器的安装方式接受和机车上现有的断路器可干脆互换，只要将原主断路器吊下，将新型断路器吊上安装即可。只要接受相同型号的限制插座，其他无须改动。基本连接方式有三种1、并联连接方式：ZD1、ZD2两台主断路器接受双热备可交替运行。2、单独与受电弓连接方式：ZD1、ZD2两台主断路器分别与受电弓G1、G2连接，运行中ZD1与G1、ZD2与G2联动运行。3、转换开关连接方式：ZD1、ZD2两台主断路器通过转换开关与车顶电路连接。第三章项目技术创新点

（一）真空灭弧技术真空灭弧技术与其它灭弧技术相比具有独特的优点。在高真空介质中的触头间隙绝缘强度很高。目前我国电力系统中10kV-35kV等级的真空断路器运用状况已经特殊普及。并且大量试验证明，在35kV以下，运用真空灭弧技术是平安的、牢靠的。我国真空灭弧室的探讨和制造技术水平，并不比发达国家落后，真空灭弧技术不但成熟而且国内制造的基础相当好。目前我国几个主要生产真空灭弧室的骨干企业所生产的真空灭弧室已经出口到包括欧美发达国家在内的世界各地。但是，一般真空灭弧室还不能干脆应用到电力机车上。因为一般灭弧室的寿命为1万次，在电力系统的断路器上可以运用5至10年时间，甚至更长，完全满足标准要求。然而在电力机车上则不同，假如在繁忙的铁路途上，1万次的寿命可能也就仅够运用一年左右。在研发新型电力机车主断路器时，我们进行了大量动态分析试验，可将真空灭弧室的机械寿命提高到10万次以上。将来我们运用机械寿命10万次的真空灭弧室，再加上我们接受动态监测和智能缓冲限制技术，可确保真空断路器的机械寿命达到20万次以上。（二）APG工艺固封技术由于电瓷绝缘材料具有一系列优良的绝缘和价格便宜，始终作为高压电器领域主绝缘材料。但是电瓷绝缘材料也存在诸如它的联接必需接受金属连接件，重量重、体积大、不耐碰撞及内外温差大时简洁开裂等缺陷。因此，目前高压电器选用复合绝缘材料作为主绝缘材料已经成为一种发展方向。依据电力机车上的运用环境条件，我们选用APG工艺复合绝缘材料。其特点是粘接力强，机械强度高，有较高的耐寒、耐热、耐化学稳定性等特性，具体性能数据如表2所示：表2APG工艺复合绝缘材料特性表项目数值拉伸强度（MPa）

45~70弯曲强度（MPa）90~120压缩强度（MPa）85~170冲击强度（KJ/m2）10~20对水的相对密度1.12~1.15介电强度（KV/mm）12~20体积电阻率（Ω.cm）1014~1016

介电常数106Hz3~5介电损耗角正切106Hz0.015~0.050耐电弧性（s）100~140APG工艺复合绝缘材料具有一系列的优良特性，做为断路器主体绝缘材料，可以大大提高断路器的绝缘水平，使断路器体积小型化。我们经过探讨性试验，由于在注塑、成型、固化过程中，固封体始终处于注射压力状态下，所以成品的密度高，机械强度好，表面成型质量好，其机械强度特性、绝缘性能均符合设计要求。接受耐候性材料，工作温度可达到-45℃~95℃左右。我们在和昆明高压电器探讨所研制的35kV高原型真空断路器试验过程中，模拟海拔4000米，一般绝缘材料牢靠裕度通常须要增加50%，而接受APG工艺复合绝缘材料，牢靠裕度仅需增加30%就可满足要求，表面在凝露、受潮状况下，绝缘性能下降不明显等特点。APG工艺复合绝缘材料还具有憎水性，该材料与水不亲和，对于户外产品很重要，雨滴在它表面不易形成水膜，而是小水珠粒，不易粘连成线，防止因雨水绝缘放电。（三）永磁操动机构及其智能限制技术操动机构在断路器中占有重要地位。断路器在各种条件下都应牢靠的分合闸,是断路器对操动机构的基本要求之一，对电力机车运用的断路器来讲,尤为重要。目前广泛运用的驱动机构有电磁、弹簧、气动、液压电动操动机构。从有关文献得知,断路器机械故障率占总故障的70%左右,这其中主要是由于操动机构引起的。我们接受了近年才发展起来的永磁操动技术，不但保证了断路器长期动作的牢靠性，而且满足断路器开断、关合及灭弧特性要求。这也是TDZ-30/630/1250新型断路器设计上的特点之一。永磁操动机构和传统的机构相比,其中一个最大的特点就是它的高牢靠性。永磁机构由少数几个元件组成，只有合闸、分闸两种状态，运动部件只有一个。由于零部件少,所以牢靠性明显提高。它的另一个特点是长寿命,从机构原理看出,永磁机构是通过电磁机构和永磁铁的特殊结合来实现传统机构的功能,电磁线圈和磁路为静止机构,只要设计合理,没有外力破坏,一般它不会损坏。其寿命的制约因素,主要是永磁铁。目前我国永磁铁制造技术已达到相当高的水平，特殊是钕铁硼永磁材料的制造成功,给永磁机构的长寿命,牢靠工作供应了坚实的物质保证。大量试验证明，只要选材合理，细心设计，永磁机构本身机械寿命可以达到100万次以上。永磁机构还具有节能特性,永磁机构工作时，只需瞬时供电，一般小于60ms，在分合闸状态时，线圈没有电流通过，保持力由永磁铁供应，不再消耗能量。因此，永磁操动机构可以做到真正意义上的免修理、少维护、长寿命。有关永磁机构智能限制技术在其次部分进行说明，本处不再说明。（四）其他设计技术

作为断路器设计尤其是机车用的主断路器设计，要全面考虑寿命期内运用功能上的高牢靠性、开断闭合性能、机械性能、绝缘性能、环境耐温、限制难易程度、寿命设计以及维护安装和外观等方面。在设计断路器的时，我们力求使运动部件少，运动轨迹简洁。实际的TDZ-30/630/1250电力机车真空断路器的运动部件只有一个，作直线运动。另外，本断路器设置了手动装置。在特殊状况下，可以人工手动操作分合断路器，以保证机车不会因为断路器故障而停在线路上。第四章试验和试运行状况断路器在研制过程中，每一步都进行工艺试验。在西安交通高校进行了大量的探讨性试验,检验断路器固封主体绝缘性能,机械强度性能,电磁兼容性能等。在西安其他行业科研院所也进行料一系列帮助性试验探讨。从2001年到2003年方案和结构进行多次修改。过去依据TB/T2055---1999机车真空断路器技术条件多次试验，对于铁标中没有规定的部分，依据GB/T11022-----1999高压开关设备标准共用技术要求进行了试验。现在我们依据铁道行业标准TB/T1333.4-2005/IEC600774:2003铁路应用机车车辆电气设备第4部分：电工器件沟通断路器规则进行了型式试验。㈠试验内容1.2004年3月在国家高压电器质量监督检验中心西安高压电器探讨所进行试验。试验内容包括：短时工频耐压试验。雷电冲击耐压试验。开断短路电流试验。关合实力试验。动热稳定试验。试验结果符合设计要求。2．2008年2月，在铁道部产品质量监督检测中心机车车辆检验站进行型式试验。依据铁道行业标准TB/T1333.4-2005/IEC600774:2003铁路应用机车车辆电气设备第4部分：电工器件试验内容包括：绝缘性能试验（工频耐压试验、雷电冲击试验和淋雨试验）。工作极限试验。温升试验。机械寿命试验。热稳定性试验。湿热试验盐雾试验电磁兼容性试验振动及冲击试验试验结束后断路器完好，符合铁道部标准及IEC标准，符合设计要求。（二）试运行状况目前产品已经在南昌铁路局、兰州铁路局部分机车安装试运行，效果很好。南宁铁路局、广州铁路局、大连机车厂正在洽谈中，不久将接连上车。本断路器结构简洁，体积小，断路器安装拆卸便利，免修理，少维护。是现有机车断路器较为志向的替换产品。安装在SS3型电力机车上TDZ-30/630电力机车真空断路器

其次部分

TDZ-30/630/1250电力机车真空断路器永磁操动机构智能限制器

永磁操动机构真空断路器具有体积小、重量轻、结构简洁、操作牢靠、寿命长、免维护、双备份等特点，代表了断路器质量的一个飞跃，具有广袤的发展前景。永磁操动机构必须要在限制器的驱动下才能实现开关的分合操作，因此，限制器的性能优劣对断路器的性能有很大的影响，要保证断路器的牢靠工作，就必须要有一个牢靠的限制器，可以说限制器是永磁操动机构真空断路器的核心器件之一。我公司在研制限制器的过程中，接受了当今先进的电子设计自动化技术，设计并制作了永磁操动机构专用芯片，是国内外最早把永磁操动机构专用芯片实际投入运用的公司。经过不断的完善和提高，无论在功能上还是在性能上，已完全可以满足断路器的牢靠运行要求。限制器硬件结构图1ZPJ限制器硬件结构图2一、系统组成的原理智能限制器主要由五大部分组成：电源模块、信号输入模块、信号输出模块、CPLD智能限制模块、电力电子驱动模块。电源模块

电容器+110v+5V-5V,+15V合分闸命令合分闸状态信号遥控合分闸命令电源电压监视调理电路

光电隔离

CPLD智能控制模块光电隔离电力电子控制电路运行状态显示电力电子驱动模块在线编程接口合闸输出分闸输出

目前国内外接受的实现方案有3种：1.接受分立元件设计。分立元件设计优点是全硬件实现，但功能少、性能受限、电路困难、缺乏灵敏性，现在已很少运用；2.接受单片机设计。单片机方案主要接受软件编程，功能强，灵敏性好，不足之处是存在飞程序问题，即CPU的指令地址指针在外部干扰下，简洁发生指令脱离正常轨道使运行陷入不行预料的非法循环中，为削减这一问题的发生，须要付出很大的硬件和软件开销。3.接受EDA技术(ElectronicDesignAutomation电子设计自动化)。EDA技术是接受FPGA(FieldProgrrammableGateArray)和CPLD(ComplexProgrammableLogicDevice)器件做成一个限制运行的专用芯片，该项技术的特点是以以纯硬件的方式实现全部的电子限制功能，没有任何软件限制，把一个线路系统放在一片很小的芯片里面，以芯片代替电路板，这个特点特殊适合永磁操动机构的限制，是一个先进而牢靠的方案。

我公司接受的是第3种方案，即接受困难可编程逻辑器件CPLD作为智能限制部件，其设计过程是，借助于计算机，在EDA工具软件quartusII平台上，接受硬件描述语言VHDL为系统逻辑描述手段，自动地完成逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合、结构综合、以及逻辑优化和仿真测试，直至实现规定的电子线路系统功能。这种纯硬件的实现方式在工作牢靠性方面有很大的优势，这是因为硬件电路不管受到什么干扰其电路结构不会发生变更，接受EDA技术的全硬件实现方式由于非法状态的可预料性以及进入非法状态的可推断性，从而确保了从非法状态复原到正常状态的各种措施的可行性。我公司设计的专用芯片2005年投入运用，在运行中经受了各种严酷环境的考验，表明方案合理,设计正确，工作牢靠，其性能已达到国际同类产品的先进水平，如ABB公司，其永磁操动机构真空断路器就接受的EDA技术，我们和ABB公司的技术手段是一样的，具有同样的先进性；另外，无论是性能上，还是功能上，我们的产品均可达到和超过该公司限制器的水平。二、牢靠性设计1．电磁兼容性设计永磁操动机构在运行中由于开关大电流而产生很大的电磁干扰，永久磁铁和线圈均会产生很大的磁场干扰，另外，开通和关断过程中电容充放电亦会产生幅值很大的脉冲电压和脉冲电流，会通过电源通道耦合到限制器自身，所以抗干扰问题对于限制器来说特殊重要。我们在设计中实行的措施主要有：(1).电源输入加有性能优良的电源滤波器，可以防止通过电源线的传导干扰；(2).专用芯片通过光电电路完全与外部I/O部分隔离，以保证专用芯片平安运行；(3).模拟电路滤波和专用芯片数字滤波同时运用，确保不会发生误动的状况；(4).电路板细心设计，细心布线，避开线路之间的串扰；

2.电力电子电路的牢靠性设计电力电子电路是限制器的另一个关键部件，它的负载是一个大的电感，在开通和关断过程中会产生很大的动态dv/dt，加之工作电流很大，使器件有可能同时受到大电流、高电压和寄生电容中的位移电流的作用，所以确保这部分电路稳定牢靠的工作亦很关键。(1).在设计中运用抗冲击实力强.dv/dt性能好的IR公司的IGBT和IGBT限制芯片；(2).细心设计电路参数,反复测试，保证输出波形好；(3).细心设计和调试吸取电路，保证驱动电路稳定工作；(4).过流疼惜电路，确保电力电子电路的平安运行。(5).为防止长时间通电，接受的限制算法是：正常时接受最短时间与开关位置信号限制，在位置信号失效时采用最长时间限制。

3.智能自诊断、自检测设计：限制器接受全硬件状态机作为整个系统的工作调度，这就使其可以充分发挥全硬件电路容错技术的优势，在运行中可以对各种状态进行跟踪，可以监视各种非法状态，由非法状态转入正常状态只须要几个微秒，因而不会因进入非法状态而对系统造成影响，确保在运行中不会出现死机现象，即确保限制器恒久保持在运行态。三．永磁操动机构真空断路器的两大技术优势

1．运行过程可控性可以实现闭环限制，使开关的运行时间保持稳定。这些都须要有一个灵敏性很好的限制器。我公司的限制器由于接受EDA技术，完全可以满足这方面的要求。

2．同步开关技术过电压和涌流始终是困扰电力