第三章电气线路.docx

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第三章电气线路

第三章机车电气线路

SL1型交流传动货运电力机车的电气线路主要由主电路、辅助电路、控制电路、机车安全监控电路和空气管路系统电路组成。

1.主电路

机车主电路主要由网侧电路、主变压器、主变流器及牵引电动机等组成。

1.1网侧电路

网侧电路由2台受电弓AP1、AP2、2台高压隔离开关QS1、QS2、1个高压电流互感器TA1、1个高压电压互感器TV1、1台主断路器QF1、1台高压接地开关QS10、1台避雷器F1、主变压器原边绕组AX、2个低压电流互感器TA2、TA3和回流装置EB1～6等组成。

接触网电流通过受电弓AP1或AP2进入机车，经高压隔离开关QS1或QS2和主断路器QF1，通过高压电流互感器TA1进入车内，经25kV高压电缆与主变压器原边1U端子相连，经过主变压器原边，从1V端子流出，通过6个并联的回流装置EB1～EB6，从轮对回流至钢轨。

1.1.1受电弓AP1、AP2

采用DSA200型受电弓。

1.1.2高压隔离开关QS1、QS2

采用2台BT25.04型高压隔离开关，该开关是采用电空控制方式进行转换的。

当一台受电弓发生故障接地时，可通过控制电器柜上的隔离开关SA96，将其打至对应隔离位，通过微机柜TCMS发出指令来控制相关电空阀，实现高压隔离开关的开闭操作，以切除故障的受电弓，同时使用另一台受电弓维持机车正常运行，减少机破，提高机车运用可靠性。

1.1.3高压电压互感器TV1

采用干式高压电压互感器，其次边输出通过保护用的自动开关QA1，分别送到主变流器UM1和主变流器UM2的控制单元，作为主变流器控制的同步信号使用，还可为原边电压的检测和电度表的计量提供电压输入，其变比为25000V/100V。

1.1.4主断路器QF1

采用1台BVACN99.205型真空断路器。

该断路器除接通和开断机车的总电源外，当主电路发生过流、接地、零压等故障时，起最后一级保护作用。

1.1.5避雷器F1

避雷器F1接在主断路器QF1和高压电流互感器之间，用以抑制操作过电压及雷击过电压。

1.1.6高压电流互感器TA1

电流互感器TA1主要用作短路电流的检测，是保护用互感器，用以驱动过电流继电器KC1动作，因而对其饱和度有较高要求，对其检测精度要求比测量用互感器为低。

1.1.7低压电流互感器TA2

低压电流互感器TA2是为电度表的计量提供电流输入，为机车微机控制系统提供原边电流信号，用于原边电流显示，属于测量用互感器，要求有较高的测量精度。

1.1.8回流装置EB1～6

回流装置保证网侧向钢轨的回流作用，同时保护机车轮对轴承不受电蚀以及机车可靠的接地性能。

1.2主变压器

主变压器的主要技术参数见表1-1。

表1-1主变压器的主要技术参数

高压绕组

牵引绕组

辅助绕组

额定容量（kVA）

9006

84006

606

额定电压（V）

25000

1450×6

399×2

额定电流（A）

360

966×6

759×2

主变压器的6个牵引绕组分别用于两套主变流器的供电，2个辅助绕组分别用于两套辅助变流器的供电，辅助变流器的中间直流回路还同时给110V电源充电模块供电，辅助变流器APU2的输出还经过隔离变压器，给司机室各加热设备及低温预热回路提供AC220V和AC110交流电源．

1.3主变流器和牵引电动机电路

机车采用两组主变流器。

主变流器UM1、UM2分别由主变压器的牵引绕组2U1~2V6供电，分别给牵引电动机M1、M2、M3和牵引电动机M4、M5、M6供电。

两套电路完全相同，以下以主变流器UM1电路进行说明。

1.3.1主变流器电路的构成

主变流器UM1内部可以看成由3个独立的整流—中间电路—逆变环节构成，称为牵引变流器，每组牵引变流器分别有2个接触器、1个输入电流互感器、1个充电电阻、1个四象限整流器、中间电路、1个PWM逆变器、2个输出电流互感器等组成。

6组牵引变流器的主电路和控制电路相对独立，分别向6个牵引电动机提供交流变频电源。

当其中一组或几组发生故障时，可通过TCMS的微机显示屏，利用触摸开关将故障的牵引变流器切除，剩余单元可继续工作。

1.3.2工作原理

当中间电压为零时，主变压器的牵引绕组通过充电电阻向四象限整流器供电，给中间直流回路支撑电容充电。

当中间直流电压达到2000V时，充电接触器切除充电电阻，中间电路预充电完成。

在逆变器工作之前，牵引绕组迅速向中间直流回路支撑电容充电，直至2800V。

此时，牵引变流器起动充电过程完成，逆变器可以投入工作。

在再生制动时，逆变器工作在整流状态，四象限整流器工作在逆变状态，并通过中间直流回路向主变压器牵引绕组馈电，回馈至接触网。

充电电阻起限制充电电流作用。

输入电流互感器ACCT起控制和监测充电电流及牵引绕组短路电流的作用。

输出电流互感器CTU、CTW对牵引电机过载及牵引电机三相不平衡起控制和监视保护作用。

1.3.3四象限整流器主要技术参数

额定输入电压1450VAC

额定输入电流965A

额定输入功率1280kVA

1.3.4中间直流电路

中间直流电路由中间电压支撑电容、瞬时过电压限制电路和主接地保护电路组成。

瞬时过电压限制电路由IGBT和限流电阻组成。

主接地保护电路由跨接在中间回路的两个串联电容和一个接地信号传感器组成。

每套机组分别含三套独立的接地保护电路，可以分别对三组牵引变流器进行接地监测和保护，接地检测信息送TCMS，可以实现故障显示。

可以通过转换接地故障开关，实施对接地保护的隔离。

1.3.5逆变器的主要技术参数

额定输入电压2800V

额定输出电压2150V

额定输出电流390A

最大输出电流520A

输出频率0～120Hz

1.3.6牵引电动机供电电路

机车的牵引电动机M1～M6分别由主变流器UM1、UM2的6组牵引变流器单独供电，实现牵引电动机的独立控制。

这样，整台机车的6个轴的轮径差、轴重转移及空转等可能引起的负载分配不均匀，均可以通过主变流器的控制进行适当的补偿，以实现最大限度地发挥机车牵引力。

牵引电动机的主要技术参数

额定输出功率1250kW

额定电压2150V

额定电流390A

极数4

额定转速1365rpm

最高转速3195rpm

效率0.95

1.4保护电路

1.4.1主变压器牵引绕组过流保护

在每一组牵引变流器的输入回路中，设有输入电流互感器ACCT，起控制和监视变流器充电电流及牵引绕组短路电流的作用。

保护发生时，四象限脉冲整流器和逆变器的门极均被封锁，输入回路中的工作接触器断开，同时向微机控制系统发出跳主断的信号，实施跳主断。

1.4.2接地保护电路

接地保护电路由跨接在中间回路的2个串联电容和1个接地信号检测传感器组成。

当主电路正常时，由于只有1点接地，接地保护电路中流过的电流为零，接地信号检测传感器无信号输出。

当主电路某一点接地时则形成回路，有故障电流流过，传感器输出电流信号，主变流器控制单元向微机柜TCMS发出CI接地信息，实施跳主断。

当发生接地故障，且确认只有一点接地时，可以将置于控制电器柜内的对应接地故障转换开关置中立位，继续维持机车运行，回段后再作处理，也可采取将故障的CI切除，机车维持5/6的动力继续运行，回段后再作处理。

1.4.3牵引电动机过流保护

在每一组牵引变流器的输出回路中，设有输出电流互感器CTU、CTW，对牵引电机过载及牵引电机三相不平衡起控制和监视保护作用。

当保护发生时，四象限脉冲整流器和逆变器的门极均被封锁，输入回路中的工作接触器断开，同时主变流器控制单元向微机柜TCMS发出CI过流信息，实施跳主断。

1.5其它

1.5.1电能的计量

机车设置1台电度表PWH，分别用于机车牵引、再生电能的计量，通过采集原边低压电流互感器TA2和高压电压互感器TV1提供的电流和电压信号来实现电能的计量。

1.5.2原边电压显示

机车设置2块原边网压表PV1、PV2，当机车受电弓升起后，可以分别用来显示机车网压。

在机车控制系统自检正常后，通过微机显示屏也可观察到原边电流和机车网压。

1.5.3库内动车

库内电源通过单相插座送到二、五位牵引电动机的牵引变流器环节，进行库内动车作业。

机车共设置两个主电路入库插座和主电路入库转换开关，方便机车库内动车的需要。

当需要用二位牵引电动机M2动车时，在主电路入库插座XSM1处接入库内动车电源引线，转换主电路入库转换开关QS3，再闭合地面电源，通过操纵司机控制器机车便可以向前、后移动；当需要用五位牵引电动机M5动车时，在主电路入库插座XSM2处接入库内动车电源引线，转换主电路入库转换开关QS4，再闭合地面电源，通过操纵司机控制器机车便可以向前、后移动。

2.辅助电路

机车的辅助电路可以分成相对独立的两部分电路：

辅助电动机供电电路、辅助加热装置电路。

2.1辅助电动机供电电路

辅助电动机供电电路由辅助变流器、辅助滤波装置、电磁接触器、自动开关、辅助电动机等组成。

2.1.1辅助变流器

辅助变流器是辅助电动机供电电路的核心，机车共设置有2套辅助变流器UA11、UA12（对应东芝公司的产品APU1、APU2），分别同2套主变流器UM1、UM2安装在一起。

辅助变流器UA11、UA12都有VVVF和CVCF两种工作方式，可以依据连接的辅助电动机的情况，进行设置。

机车正常运行时，辅助变流器UA11工作在VVVF方式，辅助变流器UA12工作在CVCF方式，分别为机车辅助电动机供电。

每一台辅助变流器的额定容量是按照独立带全车辅机的情况下进行的设计，因此正常情况下，辅助变流器UA11、UA12基本上以50%的额定容量工作。

当某一套辅助变流器发生故障时，不需要切除任何辅助电动机，另一套辅助变流器可以承担机车全部的辅助电动机负载。

此时，该辅助变流器按照CVCF方式工作，辅助电动机系统按全功率运行，惟有两台压缩机中，只有操纵端压缩机可以投入工作，从而确保机车辅助电动机供电系统的可靠性。

辅助变流器的故障转换控制由机车微机控制系统（TCMS）自动来完成。

辅助变流器内设有元器件的过压、过流保护。

2.1.2辅助变流器供电电路

辅助变流器UA11、UA12的额定容量均为230kVA，分别由主变压器TM1的两个辅助绕组3U1、3U2供电，辅助绕组的电压均为399V。

辅助变流器UA11的输出，经过辅助滤波器LC，通过输出接触器KM11给牵引风机电动机MA11、MA12、MA13、MA14、MA15、MA16和冷却塔风机电动机MA17、MA18供电。

辅助变流器UA12的输出，同样经过辅助滤波器LC，通过输出接触器KM12给空气压缩机电动机MA19、MA20、主变压器油泵MA21、MA22、司机室空调EV11、EV12、主变流器内部的水泵WP1、WP2、辅助变流器风机APBM1、APBM2供电，同时UA12还经过AT1隔离变压器，向司机室内的辅助加热设备和低温预热设备、卫生间及压缩机加热回路提供交流电源。

正常工作情况下，辅助变流器的负载功率分配情况见表2。

表2辅助变流器的负载功率分配

辅助变流器UA11（kVA）

辅助变流器UA12（kVA）

牵引电动机通风机

18．5×6

空气压缩机

25×2

冷却塔通风机

20.×2

主变流器水泵

5.4×2

主变压器油泵

3.7×2

司机室空调

5×2

辅助变流器通风机

2×2

辅助加热装置

30

合计

151

合计

115

在辅助变流器UA11或辅助变流器UA12发生故障的情况下，微机柜TCMS将自动断开其相应的输出接触器KM11或输出接触器KM12，再闭合故障转换接触器KM20，把发生故障的辅助变流器的负载切