SS6B型电力机车高低压试验工艺编制.docx

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SS6B型电力机车高低压试验工艺编制

2017届毕业设计说明书

课题名称：

《SS6B型电力机车的高压试验工艺编制》

所在学院铁道牵引与动力学院

班级司乘143

姓名丁旺

学号201401190326

指导老师彭涛

完成日期2016年12月

摘要

随着我国电气化铁路及电力机车技术的迅速发展，SS6B型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，这就要求我们司乘人员必须熟悉电力机车电路的基本工作原理，并且掌握电力机车高、低压试验的基本流程和要求。

本设计说明书首先介绍SS6B型电力机车，再按机车设备布置与通风系统、电气控制、高低试验等分四章撰写，最后通过对高压试验的试验原理和程序进行了详细的分析，设计并编制了SS6B型电力机车高压试验的工艺。

通过本设计，培养了我们的学习能力、分析能力，进一步理解电力机车控制电路的作用原理，在此基础上编制了高压试验工艺卡。

 关键字：

SS6B型电力机车  主电路  辅助电路  控制电路高压试验电气原理分析

Abstract

WiththerapiddevelopmentofChina'selectrifiedrailwayandelectriclocomotivetechnology,SS6Belectriclocomotiveintheaspectsofstructure,formandqualityoftheproductshavebeenimprovedgreatlyandimprovethebasicworkingprinciple,whichrequiresustotakeourpersonnelmustbefamiliarwiththecircuitofelectriclocomotive,electriclocomotiveandmasterthehighandlowpressuretestthebasicproceduresandrequirements.

ThisdesigninstructionbookletfirstintroducedtheSS6Btypeelectriclocomotive,secondly,accordingtothelocomotiveequipmentlayoutandventilationsystem,electricalcontrol,leveltestisdividedintofourchapters,detailedanalysisiscarriedoutbytestingprincipleandproceduresforhighvoltagetesting,processdesignandpreparationofSS6Btypeelectriclocomotivehighvoltagetest.

Throughthisdesign,wedevelopourlearningability,analysisability,andfurtherunderstandtheprincipleofelectriclocomotivecontrolcircuit.

Keyword：

SS6Btypeelectriclocomotivemaincircuitauxiliarycircuit

controlcircuitelectricalprincipleanalysisofhighvoltagetest

目　　录

第1章概述

1.1研究背景

韶山系列国产电力机车进入第三代以后，交直传相控整流电力机车技术日趋成熟，以SS4、SS6B、SS8型电力机为代表的标准化、型谱化和模块化设计也逐步形成，本设计以我们学习的《韶山4型电力机车》为蓝本，旨在通过对SS4型电力机车的主、辅、控电路理解及各个电气部件控制原理分析，将学会、学懂的知识点融会贯通并迁移到SS6B型电力机车中，学习和研究SS6B型电力机车高低压试验。

1.1.1SS6B型电力机车简介

SS6B型电力机车是在SS系列机车的设计平台上开发的一种交直型6轴货运电力机车，目前，已生产148台，分别用作京－广线和宝－凤线货运列车的牵引动力。

装有两台相同C0-C0转向架，牵引电机的悬挂方式采用滚动抱轴承半悬挂，并采用单边直齿刚性齿轮传动方式。

车体为整体承载结构。

装有一台牵引变压器，两台整流器，每台整流器给三台并联的直流牵引电机供电。

1.1.2SS6B型电力机车主要技术参数

海拔不超过………………………………………1500m

周围空气温度（遮荫处…………………………-25-40℃

最大相对湿度……………………………………90%

用途………………………………………………客、货运

电流制……………………………………………单相交流50Hz

额定值……………………………………………25kV

最大值……………………………………………29kV

最小值……………………………………………19kV

超压保护…………………………………………31kV

欠压保护…………………………………………17.5kV

轴式………………………………………………Co—Co

整备重量…………………………………………138t

轴重………………………………………………23t

电传动方式………………………………………交-直电传动系统

机车功率…………………………………………4800kW

持续速度…………………………………………50km/h

最高速度…………………………………………100km/h

持续牵引力………………………………………337.5kN

启动牵引力………………………………………471kN

1.2研究目的

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，作为即将进入铁路系统的准司乘人员，在铁路第一线工作，必须熟悉和掌握电力机车控制电路的基本作用原理，对机车运行过程中出现的故障做出安全、准确、迅速的处理。

本设计研究的重点工作是编制高压试验工艺，这要求我必须熟悉机车电气线路，了解电路中部件及联锁接点的设置结构和具体作用。

作为机车司乘人员只有掌握高低试验的相关知识和技能，面对机车运行中发生的故障时才能沉着、冷静的做好故障处理工作。

1.3研究内容

本设计的主要工作是编制SS6B型电力机车的高压试验工艺，并模拟实施。

高压试验的主要内容有钥匙试验、受电弓试验、主断路器试验、劈相机试验、压缩机试验、通风机试验、制动风机试验。

本毕业设计说明书的主要内容有：

SS6B型电力机车的背景、研究的背景、目的、内容，SS6B型电力机车的设备布置及通风系统的组成，SS6B型电力机车电气原理，SS6B型电力机车高压试验。

我结合机车电气线路知识对每个设备试验的试验原理、试验步骤进行阐述与分析。

研究方法主要采用文献法和试验法，并以学校电力机车模拟驾驶实训室为平台，通过实物进行机车高压试验的原理分析及高压试验步骤模拟操纵。

第2章SS6B型电力机车设备布置及通风系统

2.1设备布置组成

2.1.1车顶设备布置

车顶设备布置主要分为：

I端、II端辅助室车顶上均安装有一台TSG3-630/25型单臂受电弓，I端高压室车顶设备有DJZI-2525000/100型高压电压互感器和Y1WT-42/105TD型金属氧化物避雷器，变压器室车顶安装有DZ1A-10/25型主断路器、TBLI25200/5型高压电流互感器，除安装有母线瓷瓶和高压连接母线外，还安装有车顶门及车顶接地装置。

（见图2.1）

图2.1车顶设备布置图

1、4—受电弓：

2—避雷器；3—主断路器；5、6—空调机；7—高压电压互感器：

8—高压电流互感器

2.1.2车内设备布置

SS6B型电力机车的车内设各布置大致可分为如下几个部分:

I端司机室设备,I端辅助室设备,I端高压室设备,变压器室设备，II端高压室设备,II端辅助室设备和II端司机室设备及机车辅助设备,其中,I端、II端各室设各采用了传统的分室斜对称布量。

车内设备布置如图2.2所示。

图2.2车内设备布置图

1-牵引电机；2-牵引通风机；3-平波电抗器及风柜；4-制动电阻柜及制动风机；5-整流装置；6-PFC电容柜；7-变压器风机；8-变压器油散热器；9-牵引风道；10-蓄电池柜；11-主变压器；12-阻容电器柜；13-总风缸；14-硅机组；15-通风机组；16高压电器柜；17-供电整流柜；18-通风机组；19-复轨器；20-劈相机；21-空气管路轨；22-信号柜；23-受电弓；24-高压电压互感器；25-避雷器；26-高压电流互感器；27-空气路段器；28-空调机

2.2通风系统组成

2.2.1简介

SS6B型电力机车采用车体通风和风道式独立通风两种方式进行通风。

整个通风系统由牵引通风系统、牵引通风支路、变压器通风支路组成。

如图2.3所示。

图2.3通风系统示意图

1—牵引电机；2—牵引通风机；3—平波电抗器及风柜；4—制动电阻柜及制动风机；5—整流装置；6—PFC电容柜（内含风道）；7—变压器风机；8—变压器油散热器；9—牵引风道

2.2.2牵引通风系统

牵引通风系统采用车体进风方式，根据冷却对象又分为两条支路。

第一条支路：

通风机产生的负压→侧墙过滤器→平波电抗器及风柜→牵引通风机→1、2位（或5、6位）牵引电机→大气

第二条支路：

通风机产生的负压→整流装置和PFC电容柜→牵引通风机→3位或4位电机→大气

2.2.3制动通风系统

车底吸入空气→制动电阻→车顶百叶窗→大气

2.2.4变压器通风系统

车内吸入空气→油冷却散热器→变压器风机→过渡风道→车顶→大气

第3章SS6B型电力机车电气原理

机车主电路采用了标准化、模块化结构，整流电路为大功率晶闸管和二极管组成的不等分三段半控整流桥。

牵引电机励磁回路设有分流电抗器，主电路中设有功率因数补偿装置，机车主电路中电制动采用加馈电阻制动，以提高机车低速区的电制动性能。

3.1主电路特点

机车采用交—直传动方式，驱动为串励式脉流牵引电动机，调速特性控制较简单。

采用转向架独立供电方式，即一个转向架3台牵引电机并联，由一台主整流器供电。

全车两个3轴转向架，具有两台独立的无级调压相控主整流器。

机车电制动采用加馈电阻制动，每节车6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。

每个转向架上的3台牵引电机电枢与各自的制动电阻串联后，并联在一起，再与相应的主整流器构成串联回路。

机车全部采用霍尔传感器检测直流电流与直流电压信号。

采用双接地继电器保护。

3.2主电路的组成及原理分析

SS6B型机车的主电路主要有网侧高压电路（25KV电路）、整流调整电路、牵引供电电路、加馈制动电路、PFC电路、保护电路组成。

3.2.1网测高压电路

网侧高压电路（如图3.1所示）的主要设备有受电弓1AP和2AP、空气断路器4QF、避雷器5F、高压电压互感器6TV、高压电流互感器7TA、主变压器8TM的高压（原边）绕组AX、电度表检测电流用的9TA、PFC功率因数补偿用电流互感器109TA。

图2—1网侧高压电路

图3.1网测高压电路图

低压部分有自动开关102QA、网压表103PV、104PV电度表105PJ、PFC功率因数补偿用同步变压器100TV，以及接地回流装置110E、120E、130E、140E、150E和160E。

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及PFC功率因数补偿用同步信号。

与传统的机车相比，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，以取代传统的放电间隙，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情况；

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TSG3型受电弓、TDZlA型空气断路器和TBYl型网侧高压电压互感器；

4．增设有PFC控制用电压、电流互感器；

5．接地回流系统采用主变压器高压绕组X端经电缆、接地回流装置到车轮、钢轨。

与车体、电气设备保护性接地分开，提高了机车可靠性。

3.2.2整流调压电路

整流调压电路分为两个独立的单元，分别向相应的转向架供电。

由牵引绕组a1b1x1和a2x2供电给主整流器70v，组成前转向架供电单元；由牵引绕组a3b3x3和a4x4供电给主整流器80v，组成后转向架供电单元。

不等分三段整流调压电路（见图3.2）通过其整流调压电路顺序触发晶闸管V9和V10、V3和V4、V5和V6则可得到最大输出电压为1/2Ud、3/4Ud、Ud。

其中各段绕组电压为：

Ua2x2=Ua1x1=2Ua1b1=2Ub1x1=695.5V

图3.2三段不等分整流桥图

不等分三段整流桥的工作情况如下所述：

第一段：

触发V9和V10，投入a2x2绕组，V9、V10顺序移相，整流电压由零逐渐升至Ud／2（Ud为总整流电压），V1和V2续流。

第二段：

维持V9和V10满开放，触发V3和V4，绕组a1b1投入。

V3、V4顺序移相，整流电压在（1／2-3／4）Ud之间调节。

第三段：

V3、V4、V9和V10维持满开放，并触发V5和V6，b1x1绕组再投入V5和V6顺序移相，整流电压在（3／4—1）Ud之间调节。

在整流器的输出端还分别并联了电阻75R和76R，其电阻的作用有两个：

一是机车高压空载做限压试验时，作整流器的负载，起续流作用；二是正常运行时，能够吸收部分过电压。

3.2.3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如图3.3所示。

机车牵引供电电路，采用转向架独立供电方式。

第一转向架的三台牵引电机1M、2M、3M并联，由主整流器70v供电；第二转向架的三台牵引电机4M、5M、6M并联，由主整流器80v供电。

两组供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71一平波电抗器11L一线路接触器12KM一电流传感器111SC一电机电枢一位置转换开关的“牵”一“制”鼓107QPR1—位置转换开关的“前”一“后”鼓107QPVl→主极磁场绕组→107QPV1→牵引电机隔离开关19QS→107QPR1→负极母线72。

与主极绕组并联的有固定分路电阻14R、I级磁场削弱电阻15R和接触器17KM、Ⅱ级磁场削弱电阻16R和接触器18KM。

14R与主极绕组并联后，实现机车的固定磁场削弱，其磁场削弱系数为0.96。

通过接触器17KM的闭合，投入15R，实现机车的I级磁场削弱其磁场削弱系数为0.70。

通过接触器18KM的闭合，投入16R，实现机车的Ⅱ级磁场削弱，其磁场削弱系数为0.55。

当17KM和18KM同时闭合时，15R和16R同时投入，实现机车的Ⅲ级磁场削弱，其磁场削弱系数为0.45。

为了改善机车运行时牵引电机的脉流换向性能，特设置分流电抗器113L（123L、133L、143L、153L、163L）。

磁场削弱电阻电路与分流电抗器串联后，再与主极绕组并联。

由于三轴转向架第一台牵引电机与第二、第三台牵引电机布置方向一致，其相对旋转方向相同。

以第一转向架前进方向为例，从1M、2M、3M电机非换向器端看去，电枢旋转方向应为顺时针方向；第一转向架与第二转向架反向布置，因此第二转向架4M、5M、6M电机为反时针方向。

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——D21D22

3M：

A31A32——D31D32

4M:

A41A42——D42D41

5M：

A51A52——D52D51

6M：

A61A62——D62D61

图3.3牵引供电电路原理图（I架）

3.2.4加馈电阻制动电路

SS6B型电力机车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。

见图3.4为机车加馈制动工况时的电路图。

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，机车轮周制动力公式为

B=CФIz（N）

C———机车结构常数；

Ф—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（制动电流）Iz随着机车速度减小而减小。

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，加馈电阻制动是从电网中吸收电能，通过主相控整流器向电机电枢补足Iz并保持恒定，以此机车在低速区域获得理想的轮周最大恒定制动力。

机车处于加馈电阻制动时，位置转换开关已转换到制动位，牵引电机电枢与主极绕组脱离并与制动电阻串联，且同一转向架的3台电机电枢支路并联之后，与主整流器串联构成回路。

同时，每台车6台电机的主极绕组串联连接，经励磁接触器、励磁整流器（99V）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。

其电流路径为71母线→11L平波电抗器→12KM线路接触器→111SC电流传感器→1M电机电枢→107QPR1位置转换开关“牵”--“制”鼓→13R制动电阻→73母线→V8→V7→71母线。

2．当机车速度低于33km／h时，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→V7→71母线→11L平波电抗器→12KM线路接触器→111SC电流传感器一1M电机电枢一107QPR1位置转换开关“牵”--“制”鼓一13R制动电阻→73母线→V10→x2→a2；当电源处于负半周时，其电流路径为x2→V9→71母线→11L平波电抗器→12KM线路接触器→111SC电流传感器→1M电机电枢→107QPR1位置转移开关“牵”一“制”鼓→13R制动电阻→73母线→V8→a2→x2。

图3.4机车加馈制动工况时的电路图（I架）图

3.2.5PFC电路

SS6B型电力机车主要电路设置有四组完全相同的PFC装置。

该装置是通过滤波电容器和滤波电抗器组成的串联谐振电路，来吸收机车的三次谐波电流，以提高机车的功率因数。

它主要由真空接触器（电磁式）、开关晶闸管、滤波电容器、滤波电抗器和故障隔离开关及放电电阻等电器组成。

机车采用的电磁式真空接触器具有接通、分断能力大，电气和机械寿命长等优点。

在PFC电路中设有故障隔离开关，在PFC电路出现接地时作隔离处理用。

当故障隔离开关处于故障位时，一方面使PFC电路与机车主变压器的牵引绕组完全隔离；另一方面，通过辅助联锁控制真空接触器主触头分断，同时，其主闸刀还将对电容器进行放电。

3.2.6保护电路

SS6B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。

1.短路保护

当网侧出现短路时，通过网侧电流互感器7TA一原边过流继电器101KC，使主断路器4QF动作，实现保护，整定值为320A。

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一使主断路器4QF动作，实现保护，整定值为3000A（1土5％）。

硅元件击穿短路保护，取消传统电路在整流器每一个晶闸管上串联的快速熔断器，采用在每一整流桥交流侧低电位的输入端串联一个快速熔断器来实现。

这有两个显著优点：

一是能快速实现硅元件击穿短路保护；二是能有效保护同一桥臂其他未击穿短路硅元件。

2.过流保护

考虑到牵引工况和制动工况时，牵引电机的工况不同，牵引电机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、141SC、151SC和161SC一电子柜—主断路器来实现的，其整定值为1300A（1±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111SC、121SC、131SC、141SC、151SC和161SC一电子柜一励磁过流中间继电器559KA->励磁接触器91KM来实现的，整定值为1000（1A±5％）。

此外，还设有励磁绕组的过流保护，它是通过直流电流传感199SC一电子柜一励磁过流中间继电器559KA—励磁接触器91KM来实现的。

整定值1150A（1±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节过电压等。

大气过电压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；二是在主变压器的各次边绕组上设置RC过电压吸收装置和牵引绕组上的非线性电阻138RV、139RV、148RV、149RV。

牵引绕组上的RC吸收装置由71C与73R、72C与74R、81C与83R、82C与84R构成，励磁绕组上的RC吸收装置由93C与94R构成；辅助绕组上的RC吸收装置由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，通过网侧闭雷器5F和牵引绕组上的RC吸收装置和非线性电阻能够对此操作过电压进行抑制。

机车的主整流器70V和80V、励磁整流器99V的每一晶闸管及二极管上均并联有RC吸收器，以抑制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（1±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，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。

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，故障电枢电势方向亦相反，改为上正下负。

当制动工况发生接地故障时，接地继电器动作，通过其联锁使主断路器动作，实现保护。

第一转向架供电单元的接地保护系统由接地继电器97KE、限流电阻193R、接地电阻195R、隔离开关95QS、电阻191R和电容197C组成；第二转向架供电单元的接地保护系统由接地继电器98KE、限流电阻194R、接地电阻196R、隔离开关96QS、电阻192R和电容198C组成。

其中191R与197C、192R与198C是为了抑止97KE或98KE动作线圈两端因接地故障引起的尖峰过电压而设置的。

95QS和96QS的作用在于当接地故障不能排除，并确认是一个接地点情况下，又仍需维持机车故障运行时，通过将其置故障位，使接地保护系统与主电路隔离、接地继电器不再动作而由主断路器保护。

此时，195R或196R使主电路呈高阻接地状态，限制接地电流经195R或196R至“地”。

3.3辅助电路组成及原理分析

SS6B型电力机车辅助电路同其他SS系列机车辅助电路基本一样，即由劈相机实现的单一三相供电系统，辅机均采用三相异步电动机拖动。

电源来自主变压器的辅助绕组a6—b6一x6,其中a6-x6的额定电压为388.7V，b6一x6的额定电压为225V，单相交流电源从b6一x6经库用转换刀开关235QS至导线201、202，给各辅机及窗加热、取暖设备供电。

机车在库内可通过辅助电路库用插座294XS接人单相或三相380V库内电源，将235QS库用开关置库用位，辅助电路设备即可由库内电源供电。

辅助电路