SS4改电力机车辅助回路故障分析及处理3140264.docx

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SS4改电力机车辅助回路故障分析及处理3140264

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毕业设计（论文）

题目：

SS4改电力机车辅助

回路故障分析及处理

系别：

轨道交通系

专业：

铁道机车车辆

班级：

学生姓名：

指导教师：

完成日期：

毕业设计（论文）任务书

班级

学生姓名

指导教师

设计（论文）题目

SS4改电力机车辅助回路故障分析及处理

主要

研究

内容

（1）深入研究SS4改机车辅助电路的原理、结构及工作特点；

（2）重点是由劈相机组成的分相系统，掌握其电路组成、原理及工作过程。

（3）全面掌握辅助电路相关负载的控制过程。

（4）基本掌握辅助电路的常见故障类别及分析处理方法。

主要技

术指标

或研究

目标

（1）全面掌握SS4改机车辅助电路的电压等级及相应的负载设置。

（2）重点分析劈相机启动及控制，并针对使用中的常见故障进行分析，形成故障判断及处理流程。

（3）掌握各三相辅助交流电机的使用及工作特点，并分析其故障形成的原因及处理方法。

（4）初步掌握辅助电路工作的控制过程，如劈相机启动、风机延时启动、空压机无载启动等。

基本

要求

在掌握交直传动电力机车电路识图方法的基础上，初步形成电路分析、故障判断的能力，熟悉辅助电路的作用、组成及工作特点。

主要参

考资料

及文献

韶山4型电力机车张有松朱龙驹主编

电力机车控制华平主编

目录

1引言4

1．1单-三相供电系统4

1.2三相负载电路4

1.3单相负载电路4

2辅助回路的工作原理4

2.1辅助回路的组成…………………………………………………………………………4

2.2辅助回路的工作原理……………………………………………………………………5

3分相系统6

3.1劈相机6

3.1.2劈相机控制的特点16

3.1.3劈相机工作原理17

3．1.4劈相机分相启动17

3..2通风机电动机电容18

3.2.2通风机电动机电容分相启动的作用18

3.2.3通风机电动机电容分相启动18

4.1劈相机控制18

4.1.1手动控制18

4.1.2劈相机自动控制20

4.2空气压缩机泵风控制21

4.2.2手动泵风21

4.3通风机、变压器油泵和风机控制22

4.3.2通风机、油泵和变压器风机的自动控制23

4.4制动风机控制23

4.5辅助系统过流保护的控制电路24

4.6辅助回路接地保护的控制电路24

4.7零压保护的控制电路24

1引言

SS4电力机车的辅助回路可形象比喻为部队的后勤保障，它的作用是为保证机车主线路设备充分发挥功率，确保机车正常工作，改善司乘人员工作条件而设置的。

辅助线路是指将辅助设备及其相关的电气设备连接而成的线路。

辅助线路能否正常工作，直接影响主线路能否正常工作，以即影响机车的正常工作。

1．1单-三相供电系统

SS4改电力机车辅助电路采用传统的劈相机分相启动及通风机电动机电容分相启动。

每节机车只设一台劈相机，当该机因故障切除后，可用电容对第一台牵引风机电动机直接分相起动，然后该电机兼作劈相机，在网压不低于22KV时，其他辅机即可投入运行。

1.2三相负载电路

当劈相机启动完毕后可提供三相不对称电源，这时格复机依次相隔一定时间，投入工作。

SS4改型电力机车三相负载有：

压缩机一台，牵引风机电动机二台，制动风机电动机二台，变压器风机电动机一台，变压器油泵一台。

1.3单相负载电路

SS4改电力机车辅助线路有380V单相负载电路和220V单相负载电路

2SS4改电力机车辅助回路工作原理

2.1辅助回路的组成

SS4改电力机车辅助回路主要由供电电路、负载电路、保护电路三部分组成。

供电电路由型号为YPX-280M-4,380V,57KW的异步劈相机和通风机电动机及其分相

电容组成。

异步劈相机为正常情况下使用，如果异步劈相机发生故障便可用通风机电动机分相启动作其备用电路。

负载电路主要有各负载组成包括：

压缩机电动机（YYD-280S-6,37KW）一台，牵引风机电动机（YFD-280S-4,37KW）二台，制动风机电动机（JD305或YZF200-L-2,30KW）二台，变压器风机电动机（JBT-61,14KW）一台，变压器油泵（QB-80/20,10KW）一台。

各辅助电机均通过其对应的交流接触器进行通断控制。

为了改善劈相机供电系统的三相电源对称性，在大部分电动机的D2、D3相间接有移相电容，随电动机负载的投入而一并投入。

保护电路主要是在辅助电路发生过流、接地、过电压、欠电压和单机过载故障时，是相应电器动作，从而达到及时保护的目的。

2.2辅助回路的工作原理

供电电路来自主变压器的辅助绕组,额定电压:

Uɑ6x6=399．86VUb6x6=226V。

单相交流电源从a6--x6经库用转换闸刀235QS至导线201、202给各辅机及窗加热、取暖设备供电。

由于辅机均为三相异步电动机，因此在此之间还需要劈相机将单相交流电转换成三相交流电，其有启动电压继电器283AK监测启动过程并控制启动电阻回路的开断。

当劈相机发生故障时由第一牵引通风机电动机的电容分相启动电路作为备用电路。

机车在库内可通过库用插座294XS引入380V单相或三相电源（235QS在库用位），辅助电路设备即可由库内电源供电。

负载电路有三相负载电路、380V单相负载电路、220V单相负载电路组成。

三相负载电路是由劈相机启动完毕之后，辅助电路导线201、202、203提供三相不对称电源为三相负载供电，这时各辅机在其所对应的交流接触器的控制及移相电容的影响下依次各一定时间，进入工作状态。

380V单相负载电路由导线201、202供电，一路经自动开关232QA至导线264给窗加热玻璃273EH、274EH提供380V单相交流电源；另一路经自动开关233QA给壁炉及脚炉提供单相380V电源。

220V单相负载电路由导线202、206，一路经转换开关240QS、空调稳压器278AS供空调机280EV使用，另一路经转换开关238QS至220V电源插座292XS，该插座亦可供热饭电炉使用。

保护电路主要有过流保护、接地保护、过电压保护、零压保护和单机过载保护等。

过流保护采用电流继电器282KC作为辅助电路总的过电流保护，其动作电流整定值

为2800×（1±5％）A。

过流时，电流继电器282KC吸合动作，使机车主断路器分闸，同时显示“辅过流”信号。

辅助电路采用接地继电器285KE作接地保护，在变压器辅助绕组x6与地之间设有辅助电路接地保护电路。

这个电路由辅助接地继电器285KE，整流元件291U，限流电阻262R，电容257C和辅助接地故障开关237QS组成。

辅接地保护属有源保护装置，支路经110V控制电源后接地。

当辅助电路某点接地时，与辅接地保护系统构成回路，285KE动作吸合，其辅助联锁使主断路器分闸线圈得电跳闸，辅接地信号显示。

此时285KE常闭联锁开断，串人电阻262R，以免出现大电流而烧损接地继电器。

同时，285KE自身联锁和恢复中间继电器562KA常闭联锁，接通“自锁”回路，保持信号记忆。

故障解除后，借助主断路器合闸操作，562KA常闭联锁断开，使285KE恢复。

237QS是辅接地保护故障隔离开关，在确认辅助电路只有一点接地，而一时又找不到故障点时，把237QS拉到故障位，机车故障运行。

此时要求司机严密监视各辅机工作状态，确保安全。

过压保护采用跨接在辅助绕组a6-x6两端间的RC过电压吸收电路，由电阻260R和电容255C组成，用来吸收操作过电压。

零压保护由接在主变压器绕组a6-x6两端的零压变压器281TC、电阻261R、整流装置290U、电容256C及零压保护时间继电器286KT组成。

网压正常时，286KT处于吸合状态；当电网失压时，286KT延时2s释放，其常闭联锁闭合，经563KA零压保护中间继电器，接通主断路器分闸电路，4QF跳闸，并作信号显示。

延时的目的是防止短时脱弓，造成主断路器频繁开断。

单机过载保护是当出现辅机单相、短路、堵转等任一情况引起过流时，由该装置的电流互感器检测电流信号，经保护电子控制插板的电路作用延时0.5-3S后，装置内相应的中间继电器吸合动作，由继电器联锁切断相应过流的辅机接触器线圈，使接触器分断。

若接触器一旦发生故障无法分断（触头焊接），则辅机继续发生过流，再经3S的延时，保护装置接通主断路器分闸线圈，使主断路器跳闸作二次保护措施。

3分相系统

SS4改电力机车辅助线路的分相设备以异步劈相机为主，通风机的电动机电容分相为辅为负载提供三相不对称电源。

3.1劈相机

3.1.1劈相机的基本结构

异步劈相机的结构上与三相鼠笼式异步电动机相似，也是由定子（包括定子铁心，定子绕组和机座），铸铝转子（包括转子铁心、转子绕组、转轴）及端盖，轴承盖组成。

3.1.2劈相机控制的特点

（1）无载起动；

（2）有手动和自动两种起动方式，通过方式选择开关进行选择；

（3）劈相机起动完毕后，其他辅助电机才能先后进行起动；

（4）劈相机故障切除，用第一台通风机电容分相起动代替劈相机。

3.1.3劈相机工作原理

将电机定子的三相绕组接成Y形，A、B两端（电动相绕组）接到单相交流电源上，此时电机作为单相异步电动机运行，绕组AOB中产生两个大小相等、方向相反、周期相同的旋转磁场：

正序旋转磁场（与电机转子转动方向相同）和负序旋转磁场（与电机转子转动方向相反）。

这样，运行中的转子几乎以2倍于同步转速的速度切割负序旋转磁场，并在转子导体中感应出近2倍于电网频率的电流，该电流产生的磁场抵消了负序旋转磁场，也就是说，当转子转动时，在劈相机的气隙中主要剩下了一个正序旋转磁场。

正序旋转磁场切割定子绕组AO、BO、CO，并使它感应出三相电流，于是单相交流电源被“劈”成三相，而本身只输出一相电流的异步电机。

绕组AO和BO相当于单相异步电动机定子绕组，所以把绕组AO、BO称为劈相机的电动相，而绕组CO相当于发电机的作用，因此把CO相称为劈相机的发电相。

3．1.4劈相机分相启动

劈相机是一种特殊的异步电机，通过它将单相输入的电能转化为转子轴上的机械能与定子端的三相电能，即同时具有单相电动机与三相发电机的两种功能。

因此，它可以看成是一个单相异步电动机与三相发电机的组合体。

习惯上我们把劈相机与单相电源相连的那两相绕组称之为“电动相”，而把向三相异步电动机供电的另一相绕组称之为“发电相”。

在单相电源的条件下，直接做单相起动是不行的（无起动力矩），必须在电动相绕组与发电相绕组之间接入起动电阻（或电容）进行分相起动，起动完毕后再甩开起动电阻（或电容）。

司机按下劈相机起动按键，起动电阻接触器213KM吸合（接人起动电阻263R），随着起动接触器201KM吸合，劈相机开始起动。

劈相机起动继电器283AK监测发电相电压（由导线279、280引入），当劈相机转速达到0.9nH时，即发电相电压达到或接近比较电压时（额定网压下，该电压值为220V，由导线202、206引入），283AK动作，常开联锁闭合，接通了起动中间继电器566KA（在控制电路），使213KM及劈相机起动延时继电器553KT失电，213KM主触头打开，切除起动电阻，劈相机起动完成。

同时，533KT常开联锁断开导线531与281的通路,283AK失去工作电源，处于闭置状态。

劈相机起动电阻备有两组，更换使用，若起动电阻均不能使用时，可将闸刀开关296QS倒向253C，改用电容分相起动。

3..2通风机电动机电容

3.2.1通风机电动机电容的组成

通风机电动机电容分相由第一牵引通风机电动机和启动电容组成，由此启动时仍由启动继电器283AK控制其启动过程。

3.2.2通风机电动机电容分相启动的作用

第一牵引通风机电动机的电容分相启动电路是为劈相机发生故障而特设的备

用电路。

在机车运行中，劈相机一旦发生故障，为保证辅机继续工作，可切除劈相机，而以启动电容253C对牵引通风机电动机3MA直接进行分相启动。

3.2.3通风机电动机电容分相启动

通风机电动机电容分相启动时要把劈相机故障转换开关242QS打向“1FD”位，即把283AK监测劈相机发电相电压的引入线转到第一牵引通风机电动机的第三相上，同时必须把闸刀开关296QS倒向启动电容位（因启动电阻不能启动通风机）。

启动过程仍有启动继电器283AK控制，启动完成后283AK动作使213KM线圈失电，其主触头打开，切除启动电容。

在网压不低于22KV时，其他辅机即可投入运行。

在使用第一牵引通风机电动机替代劈相机作电容分相启动时，由于两节车的辅助电路没有重联，因此可以一节车用劈相机电阻分相启动，另一节车（其劈相机故障时）用第一牵引通风机电动机的电容分相启动。

4辅助回路的控制线路

4.1劈相机控制

劈相机控制分为手动、自动，由选择开关591QS控制；由605QA自动开关提供电源。

4.1.1手动控制

当闭合605QA、（591QS在“0”位）按下“劈相机”按键开关404SK后，劈相机中间继电器567KA得电，电路：

464线→605QA→560线→404SK→591QS0→567KA→400线（406/E，图4）。

567KA得电后，其正联锁闭合，使561线有电，分别接通下方几条通路：

分相接触器213KM、劈相机分相延时继电器533KT（延时3秒）、劈相机起动延时继电器527KT（延时1秒）、劈相机接触器201KM、劈相机起动继电器283AK得电电路以及523、535、536、526KT延时继电器电路：

A、213KM电路：

464→605QA→560→567KA正→561线→566KA反→213KM→400线（图408/E）

B、533KT电路：

464→605QA→560→567KA正→561线→566KA反→533KT→400线（图408/E）

C、527KT电路：

464→605QA→560→567KA正→561线→566KA反→527KT→400线（图408/E）

D、201KM电路：

464线→605QA→560→567KA正→561线→213KM正→242QS1→201KM→400线（图408/E）

E、283AK启动工作电路：

464线→602QA→531线→533KT→283AK→400（图207/B）

得电后，接通劈相机起动电阻电路：

A6→215QA→225线→1MG的D1-D4-D3→201KM213KM→227线→213KM→263R→296QS→X6（图207）

213KM联锁闭合，经劈相机故障隔离开关242QS使接触器201KM得电，劈相机主电路沟通并开始起动（电路2）。

起动原理：

当按下劈相机按键开关后，接触器213KM闭合，起动电阻投入，201KM闭合，劈相机开始起动；这时劈相机起动控制继电器283AK延时3秒钟投入工作，检测劈相机发电电压（由279、280引入），当转速达到0.9nH、电压220V时，283AK动作，常开联锁闭合，接通劈相机运转中间继电器566KA，566KA得电后切断213KM、533KT、527KT电路（201KM由自锁联锁自持），527KT失电后，延时1秒断开劈相机分相接触器213KM，533KT失电后，延时3秒断开劈相机起动继电器283AK，劈相机起动完毕。

当533KT失电后，反联锁闭合，577线有电，为空压机、通风机、油泵等工作准备电源。

另外，561线有电，接通535、536、523、526KT电路，523KT延时3秒后还接通卸荷阀247YV电路：

A、535KT电路：

464线→605QA→560→567KA正→561线→205KM反→535KT→400线（图4）

B、536KT电路：

464线→605QA→560→567KA正→561线→206KM反→536KT→400线（图4）

C、523KT电路：

464线→605QA→560→567KA正→561线→203KM反→523KT→400线（图4）

D、526KT电路：

464线→605QA→560→567KA正→561线→209KM反→526KT→400线（图4）

E、247YV电路：

464线→605QA→560→567KA正→561线→523KT正→247YV→400线（图4）

4.1.2劈相机自动控制

所谓自动控制是指主断路器合闸后，劈相机自动起动，目的用于机车过分相区段时，减少司机操作。

控制过程：

劈相机控制开关591QS打到自动位“1”位，按下按键404SK，在主断分400SB闭合后，4QFF得电，4QF闭合，528KT延时1秒钟得电，其常闭联锁断开567KA电路，劈相机停止工作，牵引通风机、变压器油泵风泵电机和制动通风机均停止工作。

当通过了分相区段后，按合闸按扭（4QFF重新失电），4QF断开，528KT失电，延时1秒钟，其528KT联锁闭合（图4的406/D），使继电器567KA重新得电，即464线→605QA→560线→404SK→562线→591QS1→563线→528KT→564线→567KA→400线（图406/E）；得电后结果与手动相同。

4.1.3劈相机故障控制

若劈相机故障，则将242QS置“2”位也就是用通风机1替代劈相机，此时，通风机1通过电容分相启动后替代劈相机的功能，使其他辅机依旧能正常工作。

具体控制过程如下:

1、将242QS置2位；

2、将296QS置电容位，随后的操作过程与启动劈相机相似；

3、按下404SK,567KA得电动作。

导线560经567KA，使导线561有电。

——导线561经566KA、527KT使213KM和533KT得电，启动电容接入。

——导线561经213KM、242QS，使导线580有电，通风机1接触器205KM得电动作并自持，通风机1开始启动，当其发电机电压达到283AK的整定值时，283AK动作。

——导线561经283AK使566KA得电动作并自持，527KT线圈失电。

——导线561经联锁、527KT的正联锁切除213KM和533KT的供电电路，甩掉通风机1的启动电容，使通风机1进入正常工作状态。

——导线561经使导线577有电，为其他辅机的正常工作做好准备。

4.1.4“低压试验”控制及库内辅助电路三相电源试验：

机车“低压试验”时，将242QS打在“0”位即“试验”位，并闭合按键404SK，则567KA、566KA、得电闭合，533KT失电打开，其常闭联锁接点闭合，577线路有电，则可进行其他辅机接触器操作试验，但此时劈相机接触器201KM被切断，由此，又可将辅助电路插座接上三相380V电压，直接启动压缩机和各通风机，而无须启动劈相机。

4.2空气压缩机泵风控制

4.2.1自动泵风

按下“压缩机”按键开关405SK后，导线577经405SK、517KF（低于750Kpa闭合，高于900Kpa断开）、566KA、579QS，使压缩机接触器203KM得电，电路：

464线→605QA→560线→567KA→561线→533KT→577线→405SK→596线→517KF→566KA→579QS→203KM→400线（图4412/D）

203KM得电后，接通空压机电机2MA电路；此时，若劈相机D1为高电位，D2、D3为低电位，那么，电路：

D1→201KM→225线→215QA→217QA→228线→203KM→2MA→203KM（229线、230线）→215QA（226线、227线）→201KM→D2、D3→D4→D1（图2209/B）2AM得电后泵风。

4.2.2手动泵风

若按键405SK坏或压力开关517KF失控，可按下“压缩机”手动按钮开关408SK，直接经566KA、579QS，使压缩机接触器203KM得电，电路：

464线→605QA→560线→567KA→561线→533KT→577线→408SK→566KA→579QS→203KM→400线（图4412/D）

203KM得电后与自动泵风相同。

当自动泵风压力达到900Kpa以上或松开手动按钮时，203KM失电，常闭联锁接通523KT电路，延时3秒钟523KT动作，523KT正联锁闭合接通空压机卸荷阀247YV，使空压机在无负荷（背压）状态下再起动，防止电机烧损。

电路：

A、523KT得电电路：

464线→605QA→560线→567KA→561线→579QS→617线→203KM→523KT→400线（图4414/D）

B、247YV得电电路：

464线→605QA→560线→567KA→561线→523KT→247YV→400线（图4414/B）

4.3通风机、变压器油泵和风机控制

4.3.1通风机、变压器油泵和风机手动控制

在劈相机工作状态下，按下“通风机”按键开关406SK，首先通风机1接触器205KM得电，其电路：

464线→605QA→560线→567KA→561线→533KT→577线→406SK→566KA→242QS→575QS→205KM→400线（图4410/D）

205KM得电后，主触头闭合接通“通风机1”3MA电机电路：

D1→201KM→225线→215QA→219QA→231线→205KM→3MA→205KM（232线、233线）→215QA（226线、227线）→201KM→D2、D3→D4→D1（图2210/B）

同时，205KM反联锁断开，535KT失电，延时3秒后，535KT反联锁闭合，再使“通风机2”接触器206KM得电，其电路：

（1）535KT失电电路：

464线→605QA→560线→567KA→561线→205KM反→535KT→400线（图4414/D）

（2）206KM得电电路：

464线→605QA→560线→567KA→561线→533KT→577线→406SK→566KA→535KT反→576QS→206KM→400线（图4410/D）

206KM得电后，主触头闭合接通“通风机2”4MA电机电路：

D1→201KM→225线→215QA→219QA→234线→206KM→4MA→206KM（235线、236线）→219QA→215QA（226线、227线）→201KM→D2、D3→D4→D1（图2210/D）

同时，206KM反联锁断开，536KT失电，延时3秒后，536KT反联锁闭合，又使变压器油泵接触器212KM和风机接触器211KM得电，其电路：

（1）536KT失电电路：

464线→605QA→560线→567KA→561线→206KM反→536KT→400线（图4413/D）

（2）212KM得电电路：

464线→605QA→560线→567KA→561线→533KT→577线→406SK→566KA→535KT反→536KT反→584QS→212KM→400线（图4411/D）

（3）211KM得电电路：

464线→605QA→560线→567KA→561线→533KT→577线→406SK→566KA→535KT反→536KT反→599QS→211KM→400线（图4411/D）

212KM得电后，主触头闭合接通变压器油泵8MA电机电路：

D1→201KM→225线→215QA→228QA→246线→212KM→8MA→212KM（247线、248线）→228QA→215QA（226线、227线）→201KM→D2、D3→D4→D1（图2210/D）。

211KM得电后，主触头闭合接通变压器风机7MA电机电路：

D1→201KM→225线→215QA→227QA→243线→211KM→7MA→211KM（244线、245线）→227QA→215QA（2